问题

我怎么能 自然地 没有 RaiseException )生成 EXCEPTION_FLT_DENORMAL_OPERAND Windows上的异常(最好是x64)?

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我们有一个程序,可以捕捉崩溃的程序,回放错误并分析错误的原因。它比简单的调试器复杂得多,因为它可以回放崩溃,污染参数传播的内存,执行一些一致性和其他复杂的事情。

为此,我们需要在各种崩溃的情况下测试程序,即生成 Windows exceptions .

我知道我可以打电话 RaiseException 具有所需的 dwExceptionCode 但在我们的案例中,这与“自然”提出的相同例外非常不同。在我们的案例中,生成 EXCEPTION_fillt_deormal_operator 同时操作浮点数。

EXCEPTION_fillt_deormal_operator

根据文件,如果出现以下情况,则提出例外情况:

浮点运算中的一个操作数是非规格化的。非正规值是指太小而无法表示为标准浮点值的值。

解释了非正规(也称为亚正规)值 thoroughly on Wikipedia ; 使用一些“古怪”的C(C++)代码生成它们也很容易:

    const unsigned ux = 0xf; // denormal as float.
    const unsigned uy = 0x7; // denormal as float.
    
    //auto x = (float)ux; // this obviouly doesn't work as you end up with 15.f.

    auto px = (float*)&ux;
    auto py = (float*)&uy;
    
    auto x = *px; // denormal
    auto y = *py; // denormal

注意,我可以在调试器下看到 x 和 y 是非正规的。

该代码是使用为x64体系结构编译的 cl 编译器和此函数:

DWORD ExceptionFltDenormalOperand(LPVOID lpParam)
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(lpParam);

    _control87(_EM_INVALID, _EM_DENORMAL);

    const unsigned ux = 0xf; // denormal as float.
    const unsigned uy = 0x7; // denormal as float.

    auto px = (float*)&ux;
    auto py = (float*)&uy;

    auto x = *px;
    auto y = *py;
    //auto y = 1.f;

    float sum = 0.0f;
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        sum += x / y;
    }

    return  static_cast<DWORD>(sum); // avoid optimizing away the above computation.
}

相关编译器标志:

• 启用增强指令( /arch ):未设置。
• 浮点模型( /fp 准确的
• 启用浮点异常( /fp:except ):未设置。

请注意,分解后的代码显示 XMM 使用(SIMD)寄存器,而不是x87 FPU( ST(x) 寄存器);下面是分部 x / y :

00007FF7B46F1AF5     | F3:0F1085 C4000000       | movss xmm0,dword ptr ss:[rbp+C4]
00007FF7B46F1AFD     | F3:0F5E85 E4000000       | divss xmm0,dword ptr ss:[rbp+E4]

控制异常

这个 _control87 函数用于控制浮点控制字的行为,尤其是用于非正规操作数。

_control87和_controlfp之间的区别在于它们如何处理DENORMAL值。对于x86、x64、ARM和ARM64平台,_control87可以设置和清除DENORMAL OPERAND异常掩码_controlfp不修改DENORMAL OPERAND异常掩码。

该函数的用途如下:

    _control87(_EM_INVALID, _EM_DENORMAL);

调试时:

// Before: MxCsr = 0x1F80

00007FF7B46F1A6A    | FF15 E0190100    | call qword ptr ds:[<&_control87>]

// After: MxCsr = 0x1E80

根据《英特尔手册》,关于 MxCsr 登记

位7到12为SIMD浮点异常提供单独的掩码位。如果设置了相应的掩码位,则会屏蔽异常类型,如果清除了该位,则不屏蔽异常类型。这些掩码位是在加电或复位时设置的。这会导致最初屏蔽所有SIMD浮点异常。

默认情况下,该值为0x1F80(所有遮罩都设置为1)。值0x1E80表示比特8为0(其中比特8为DM或 Denormal Operation Mask ):

0x1E80 in binary.

 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 
|3|3|2|2|2|2|2|2|2|2|2|2|1|1|1|1|1|1|1|1|1|1|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|
|1|0|9|8|7|6|5|4|3|2|1|0|9|8|7|6|5|4|3|2|1|0|9|8|7|6|5|4|3|2|1|0|
|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|‾|
|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|1|1|1|1|0|1|0|0|0|0|0|0|0|
 ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾ ‾

后果

(执行上述代码的)结果异常 总是 导致 EXCEPTION_FLT_INVALID_OPERATION (而不是等待 EXCEPTION_fillt_deormal_operator ).

[edit]在异常站点 MxCsr 寄存器值为0x1E82;这表明比特1(DE:Denormal Flag)被切换。

其他测试

• 由于异常描述专门指 One of the operands in a floating-point operation is denormal. ,只使用一个非正规化操作数(而不是示例中的两个)会显示相同的结果。

• 有可能 /fp:除 不会改变结果。

• 有可能 /fp:strict 不会改变结果。