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今天小編想要給大家?guī)淼氖亲罱谡{(diào)試一個(gè)項(xiàng)目時(shí)候發(fā)現(xiàn)的怪事，同樣的函數(shù)庫在使用不同的IDE時(shí)，得到的運(yùn)行結(jié)果竟然是不一致的。相信眼尖的讀者朋友已經(jīng)從標(biāo)題中猜出一二了，正是因?yàn)閹熘幸蕾嚵烁↑c(diǎn)計(jì)算庫所導(dǎo)致的問題。那么就請(qǐng)和小編一起，探究下詳細(xì)的來龍去脈吧！

項(xiàng)目背景

首先再詳細(xì)描述以下項(xiàng)目背景：我們使用了一個(gè)由GCC工具鏈構(gòu)建的函數(shù)庫，編譯器選項(xiàng)為-mfloat-abi=hard，即在編譯時(shí)，使能了硬件浮點(diǎn)單元指令加速。但在我們將該庫與Keil項(xiàng)目鏈接后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確。當(dāng)然，我們最先懷疑的當(dāng)然是庫編譯的有問題啦。但是奇怪的事情發(fā)生了，我當(dāng)我們使用GCC工具鏈鏈接編譯相同的工程，并運(yùn)行后，得到了正確的結(jié)果。那么可以基本確定，庫應(yīng)該是沒有問題的。那么問題出在哪呢？

問題分析

由于小編所拿到的庫并不包含調(diào)試信息，只能通過一些技術(shù)手段進(jìn)行破解。通過反匯編庫代碼，我們發(fā)現(xiàn)庫依賴了一些浮點(diǎn)計(jì)算庫的C函數(shù)，如sqrtf、expf等，為了簡便，讓我們稱之為xxf函數(shù)，由于GCC并沒有提供其具體實(shí)現(xiàn)，因此需要由庫的使用者鏈接這些函數(shù)，而經(jīng)過進(jìn)一步的debug，我們發(fā)現(xiàn)這些函數(shù)導(dǎo)致了錯(cuò)誤的結(jié)果，換句話說，這些函數(shù)的返回值是錯(cuò)的。

問題調(diào)試

那就有意思了，為了簡單起見，讓我們先編寫一段簡單的測試代碼來復(fù)現(xiàn)這個(gè)問題，代碼很簡單，我們直接定義一個(gè)開平方根的函數(shù)：

#include "math.h"

float calc_sqrt(float a){

return sqrtf(a);

}

使用gcc工具鏈對(duì)其進(jìn)行編譯：

arm-none-eabi-gcc.exe -mcpu=cortex-m7 -mthumb -mfpu=fpv5-sp-d16 -mfloat-abi=hard test.c -fshort-wchar -c -o test.o

隨后，隨便找到一個(gè)Keil的測試工程，我們這里選擇一個(gè)Hello_World示例工程，將編譯出來的.o文件添加到工程中：

并在主程序中添加調(diào)用代碼：

float calc_sqrt(float a)

volatile float a = calc_sqrt(4.0f);

編譯鏈接下載程序，并讓程序停在函數(shù)調(diào)用處：

單步進(jìn)入calc_sqrt函數(shù)內(nèi)部，到這里，我們可以發(fā)現(xiàn)對(duì)這些函數(shù)的調(diào)用順序是正確的。通過將參數(shù)傳遞給S0（對(duì)于float）如下所示，S0中寸的就是待計(jì)算的數(shù)據(jù)4.0f：

看起來好像沒有問題，再進(jìn)一步現(xiàn)在讓我們檢查由Keil鏈接的sqrtf函數(shù)的匯編實(shí)現(xiàn)：

相信大家發(fā)現(xiàn)了奇怪的事情了，鏈接的sqrtf將S0中的值傳遞給S0，而此時(shí)R0的值其實(shí)為0，但正如之前所說，浮點(diǎn)值已經(jīng)由庫的代碼傳遞給了S0。因此，由于S0中實(shí)際要計(jì)算的值被臨時(shí)替換了，就導(dǎo)致了一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。

這里要強(qiáng)調(diào)一下，如果在Keil中直接調(diào)用sqrtf時(shí)候，或是使用keil編譯器所編譯出來的.o文件，Keil運(yùn)行時(shí)庫會(huì)使用“__hardfp_sqrtf”作為sqrtf的混淆名稱：

而因?yàn)槲覀兯褂脦靵碜訥CC工具鏈，因此Keil并不會(huì)對(duì)其進(jìn)行替換，而是會(huì)將C庫中叫做sqrtf的函數(shù)直接鏈接進(jìn)去，而這個(gè)函數(shù)的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，是使用R0作為參數(shù)傳遞的寄存器。這也就導(dǎo)致，實(shí)際要被計(jì)算的數(shù)丟失，最終導(dǎo)致結(jié)果計(jì)算錯(cuò)誤。

那么怎么解決這個(gè)問題，讓keil不去鏈接這個(gè)奇怪的sqrtf呢，這就要用到Keil的一個(gè)小技巧了：

float $Sub$$sqrtf(float a){

return __builtin_sqrtf(a);

}

這樣一來，調(diào)用sqrtf函數(shù)的地方，就會(huì)編程對(duì)$Sub$$sqrtf的調(diào)用：

而結(jié)果也變?yōu)檎_的結(jié)果2.0了：

當(dāng)然，大家可能會(huì)想啊，那我開了gcc優(yōu)化之后，是不是就可以自動(dòng)展開sqrtf了呢？讓我們來看看：

arm-none-eabi-gcc.exe -mcpu=cortex-m7 -mthumb -mfpu=fpv5-sp-d16 -mfloat-abi=hard test.c -fshort-wchar -c -o3 -o test.o

代碼并沒有變化：

結(jié)論

小編想用這個(gè)例子和大家說明下，在涉及到跨工具鏈開發(fā)時(shí)，一定要注意浮點(diǎn)庫的使用或依賴問題，由于不同編譯器對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)可能有些許不同，會(huì)導(dǎo)致意想不到的奇怪問題出現(xiàn)。最好的方案，還是根據(jù)不同的工具鏈都構(gòu)建一個(gè)專屬的庫來使用。

END

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原文標(biāo)題：浮點(diǎn)庫應(yīng)用，你也有困惑嗎？

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