如何在 M1 Mac 上捕获浮点异常？

捕获浮点异常的方法取决于体系结构。这是我在 Intel (x86) Mac 上成功测试的代码：它两次取负数的平方根，一次在之前，一次在之后，从而启用浮点异常捕获。第二次，fpe_signal_handler()叫做。

#include <cmath>        // for sqrt()                                           
#include <csignal>      // for signal()                                         
#include <iostream>
#include <xmmintrin.h>  // for _mm_setcsr                                       

void fpe_signal_handler(int /*signal*/) {
  std::cerr << "Floating point exception!\n";
  exit(1);
}

void enable_floating_point_exceptions() {
 _mm_setcsr(_MM_MASK_MASK & ~_MM_MASK_INVALID);
 signal(SIGFPE, fpe_signal_handler);
}

int main() {
  const double x{-1.0};
  std::cout << sqrt(x) << "\n";
  enable_floating_point_exceptions();
  std::cout << sqrt(x) << "\n";
}

使用Xcode提供的apple-clang编译器进行编译

clang++ -g -std=c++17 -o fpe fpe.cpp

并运行给出以下预期输出：

nan
Floating point exception!

我想编写一个类似的程序，在 M1 (arm64) Mac 上执行与上述程序相同的操作。我尝试了以下方法：

#include <cfenv>        // for std::fenv_t                                      
#include <cmath>        // for sqrt()                                           
#include <csignal>      // for signal()                                         
#include <fenv.h>       // for fegetenv(), fesetenv()                           
#include <iostream>

void fpe_signal_handler(int /*signal*/) {
  std::cerr << "Floating point exception!\n";
  exit(1);
}

void enable_floating_point_exceptions() {
 std::fenv_t env;
 fegetenv(&env);
 env.__fpcr = env.__fpcr | __fpcr_trap_invalid;
 fesetenv(&env);
 signal(SIGFPE, fpe_signal_handler);
}

int main() {
  const double x{-1.0};
  std::cout << sqrt(x) << "\n";
  enable_floating_point_exceptions();
  std::cout << sqrt(x) << "\n";
}

它几乎可以工作：使用 Xcode 提供的 apple-clang 编译器编译后

clang++ -g -std=c++17 -o fpe fpe.cpp

我得到以下输出：

nan
zsh: illegal hardware instruction  ./fpe

我尝试添加-fexceptions标志，但这没有什么区别。我注意到ARM 编译器工具链“不支持 AArch64 目标的浮点异常捕获”，但我不确定这是否适用于带有 Apple 工具链的 M1 Mac。

我是否正确地认为 M1 Mac 硬件不支持浮点异常捕获？或者有没有办法修改这个程序，使其捕获第二个浮点异常，然后调用fpe_signal_handler()?

使用 ISO C 在同一线程内同步测试异常确实可以正常工作fetestexcept from <fenv.h> as in cppreference 示例。这里的问题是让 FP 异常真正捕获，以便操作系统提供SIGFPE，而不是仅仅在 FP 环境中设置粘性标志。

根据下面的长时间讨论（非常感谢 @Peter Cordes 的耐心），似乎在 Aarch64 上的 MacOS 上，揭露 FP 异常，然后在 SIGILL 而不是 SIGFPE 中生成相应的错误 FP 数学结果。可以在处理程序中检测到信号代码 ILL_ILLTRP。

#include <fenv.h>    
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

static void
fpe_signal_handler( int sig, siginfo_t *sip, void *scp )
{
    int fe_code = sip->si_code;

    printf("In signal handler : ");

    if (fe_code == ILL_ILLTRP)
        printf("Illegal trap detected\n");
    else
        printf("Code detected : %d\n",fe_code);

    abort();
}

void enable_floating_point_exceptions()
{
    fenv_t env;
    fegetenv(&env);

    env.__fpcr = env.__fpcr | __fpcr_trap_invalid;
    fesetenv(&env);

    struct sigaction act;
    act.sa_sigaction = fpe_signal_handler;
    sigemptyset (&act.sa_mask);
    act.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sigaction(SIGILL, &act, NULL);
}

void main()
{
    const double x = -1;    
    printf("y = %f\n",sqrt(x));
    enable_floating_point_exceptions();
    printf("y = %f\n",sqrt(x));
}

这导致：

y = nan
In signal handler : Illegal trap detected
Abort trap: 6

其他浮点异常可以以类似的方式检测，例如取消屏蔽__fpcr_trap_divbyzero，然后生成double x=0; double y=1/x。如果异常未被屏蔽，则程序正常终止。

然而，如果没有 SIGFPE，似乎无法准确检测哪个浮点操作触发了信号处理程序。人们可以想象揭开所有异常（例如使用 FE_ALL_EXCEPT）。然后，当错误的数学运算生成 SIGILL 时，我们在处理程序中没有足够的信息来了解哪个操作发送了信号。揭露所有异常并进行一些尝试fetestexcept在处理程序中没有产生非常可靠的结果。这可能需要更多调查。