我可以摆脱 CTZ 和添加到指针之间的符号扩展吗？

Question

对于这样的代码：

#include <stdint.h>

char* ptrAdd(char* ptr, uint32_t x)
{
    return ptr + (uint32_t)__builtin_ctz(x);
}

GCC 生成一个符号扩展：（godbolt 链接）

xor eax, eax
rep bsf eax, esi
cdqe ; sign-extend eax into rax
add rax, rdi
ret

当然，这完全是多余的——这是公然对无符号整数进行符号扩展。我可以说服海湾合作委员会不要这样做吗？

这个问题自 GCC 4.9.0 以来就存在，但在此之前它曾经是一个显式的零扩展，这也是多余的。

Answer 1

部分解决方案是使用 64 位版本的ctz以及-march参数，以便tzcnt使用 来代替bsf，如下所示：

char* ptrAdd(char* ptr, uint32_t x)
{
    return ptr + __builtin_ctzl(x);
}

这会导致无符号扩展：

ptrAdd(char*, unsigned int):
  mov eax, esi
  tzcnt rax, rax
  add rax, rdi
  ret

它有一个mov（用于进行 32 到 64 位零扩展），它取代了 32 位版本中的归零xor（这是为了解决tzcnt 错误依赖于目标问题）。这些成本大致相同，但mov在内联后更有可能消失。64 位的结果tzcnt与 32 位的结果相同，除了未定义的零输入的情况（就内在而言gcc，不是tzcnt）。

不幸的是，如果没有-march让编译器使用的参数，tzcnt它将使用bsf并且在这种情况下仍然进行符号扩展。

似乎bsf和之间不同行为的根源tzcnt在于，在使用该版本的情况下bsf，指令行为未定义为零。因此原则上，该指令可以返回任何内容，甚至是我们通常期望的 0 到 63 范围之外的值。结合返回值被声明为 的事实int，简单地省略符号扩展可能会导致像 这样的“不可能”的情况(__builtin_clzl (x) & 0xff) == 0xdeadbeef。

现在，根据 gcc 文档，零输入__builtin_ctzl有一个“未定义的结果” - 但不清楚这是否与 C/C++“未定义的行为”相同，其中任何事情都可能发生（这将允许不可能的事情），或者只是意味着“一些未指定的值”。

您可以在gcc bugzilla上阅读有关此内容的信息，其中一个问题已经开放了大约 7 年。