确定性浮点和 .NET答案

【问题标题】：Deterministic floating point and .NET确定性浮点和 .NET
【发布时间】：2011-01-23 12:24:31
【问题描述】：

如何保证 .NET 应用程序（例如 C#）中的浮点计算总是产生相同的位精确结果？尤其是在使用不同版本的 .NET 并在不同平台上运行时（x86 与 x86_64）。浮点运算的不准确性无关紧要。

在 Java 中，我会使用 strictfp。在 C/C++ 和其他低级语言中，这个问题基本上是通过访问 FPU / SSE 控制寄存器来解决的，但在 .NET 中这可能是不可能的。

即使控制了 FPU 控制寄存器，.NET 的 JIT 也会在不同的平台上生成不同的代码。在这种情况下，像 HotSpot 这样的东西会更糟......

我为什么需要它？我正在考虑编写一个实时策略 (RTS) 游戏，该游戏严重依赖于快速浮点数学以及锁步模拟。本质上，我只会通过网络传输用户输入。这也适用于通过存储用户输入来实现回放的其他游戏。

不是一个选项：

有什么想法吗？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

我不确定您的问题的确切答案，但您可以使用 C++ 并在 c++ dll 中完成所有浮动工作，然后通过 interopt 将结果返回给 .Net。

【讨论】：

如果我用 C/C++ 编写游戏的关键部分（模拟），那么我可以在没有 .Net 的情况下编写整个游戏。也许这就是这里的“正确”方式。
查看 MSVC 编译器的 C/C++ IJW (It-Just-Works) 功能。它可以让您将需要编写的内容编写为非托管代码，并将其余部分作为托管代码执行，以便与游戏的其他托管部分顺利交互。

【解决方案2】：

针对不同平台的 Bitexact 结果令人头疼。如果您只使用 x86，那没关系，因为 FPU 不会从 32 到 64 位。但问题是超越函数可能更多在新处理器上准确。

四个基本操作不应给出不同的结果，但您的虚拟机可能优化表达式，这可能会产生不同的结果。所以正如蚂蚁提出的，为了安全起见，将您的 add/mul/div/sub 例程编写为非托管代码。

对于超越函数，恐怕你必须使用查找表来保证位的准确性。计算例如的结果4096 个值，存储它们作为常量，如果您需要它们之间的值，请进行插值。这不会给你很大的准确性，但它会很精确。

【讨论】：

当 SSE 单元和 FPU 未正确配置时，即使在单个处理器上，四个基本操作也会产生不同的结果（禁用两者的次正规数，在 fpu 上使用 32 位或 64 位值而不是最大值精确）。超越函数可以在 C/C++ 中使用这种受控环境在软件中实现。

【解决方案3】：

如果您想要浮点确定性，您需要消除所有变量。如果您稍微限制您的范围，这是可能的。

仅将您的应用程序设为 64 位。这样您就不必处理 x87 与 SSE（x86 JIT 仍会发出 x87 fp 代码，其他 JIT 会发出 SSE）。
使用 .NET Core 和 bundle the runtime with your application。这样，您就可以保证应用程序的任何给定版本都具有相同的代码生成。这一点至关重要，最细微的代码生成差异都会导致 fp 计算得出不同的结果。
坚持使用一个操作系统。说真的，有多少跨平台RTS？是的，有星际争霸2；就是这样。暴雪已经掌握了这项艺术很长一段时间，很少有人能复制这一壮举。如果您真的想支持 Mac-PC 多人游戏，您将不得不煞费苦心地验证您的 .NET 运行时是否在两个平台上生成相同的 fp 代码。如果不是这样，那你就不走运了。

我仍然不确定的一点是，鉴于上述限制，您是否可以信任 Math 类给出一致的结果；但我想应该。

【讨论】：