Constexpr和SSE内在函数

Question

大多数C++编译器都支持SIMD(SSE/AVX)指令

_mm_cmpeq_epi32

我的问题是这个函数没有标记为constexpr,虽然"语义上"没有理由不使用这个函数,constexpr因为它是一个纯函数.

有什么办法,我可以写我自己的版本(例如)_mm_cmpeq_epi32是constexpr？

显然我希望运行时的函数使用正确的asm,我知道我可以重新实现具有慢速函数的任何SIMD函数constexpr.

如果你想知道为什么我关心constexprSIMD功能.非constexprness具有传染性,这意味着我的任何使用SIMD功能的功能都不可能constexpr.

Answer 1

不幸的是，英特尔的内在函数没有定义为constexpr.

他们没有理由不能；编译器可以并且确实在编译时评估它们以进行常量传播和其他优化。（这是为什么内置函数/内在函数比单指令的内联 asm 包装器更好的主要原因之一。）

海湾合作委员会的解决方案。（不适用于 clang 或 MSVC）。

ICC 会编译它，但当您尝试将它用作constexpr __m128i.

constexpr
__m128i pcmpeqd(__m128i a, __m128i b) {
    return (v4si)a == (v4si)b;      // fine with gcc and ICC

    //return (__m128i)__builtin_ia32_pcmpeqd128((v4si)a, (v4si)b); // bad with ICC
    //return _mm_cmpeq_epi32(a,b);  // not constexpr-compatible
}

在 Godbolt 编译器资源管理器上查看它，有两个测试调用程序（一个带有变量，一个带有
constexpr __m128i v1 {0x100000000, 0x300000002};输入）。有趣的是，ICC不pcmpeqd通过or进行持续传播_mm_cmpeq_epi32；它加载两个常量并使用 和actualpcmpeqd，即使启用了优化。使用/不使用 constexpr 都会发生同样的事情。我认为它通常会优化

gcc 确实接受 constexpr __m128i vector_const { pcmpeqd(__m128i{0,0}, __m128i{-1,-1}) };

GCC（但不是 clang）将__builtin_ia32函数视为constexpr兼容的。GNU C x86 内置函数的文档 没有提到这一点，但可能只是因为它是 C 文档，而不是 C++。

GNU C 原生向量语法也是constexpr兼容的；这是第二种选择，只有当您不关心 MSVC 时才可行。

GNU C 定义__m128i为两个元素的向量long long。所以对于整数SIMD，你需要定义其他类型（或者使用gcc/clang/ICC的定义的类型）immintrin.h

（唯一奇怪的是，它static const __m128i foo = _mm_set1_epi32(2);不会变成常量初始值设定项；它.rodata在运行时复制，因此很糟糕，使用在每个函数调用时检查该变量是否需要静态初始化的保护变量。）

GCCxmmintrin.h并emmintrin.h根据本机向量运算符（如*）或__builtin_ia32函数定义 Intel 内在函数。看起来他们更喜欢在可能的情况下使用运算符，而不是(__m128i)__builtin_ia32_pcmpeqd128((v4si)a, (v4si)b);

gcc 确实需要不同向量类型之间的显式转换。

来自 gcc7.3 emmintrin.h(SSE2)：

extern __inline __m128i __attribute__((__gnu_inline__, __always_inline__, __artificial__))
_mm_cmpeq_epi32 (__m128i __A, __m128i __B)
{
  return (__m128i) ((__v4si)__A == (__v4si)__B);
}

#ifdef __OPTIMIZE__
extern __inline __m128i __attribute__((__gnu_inline__, __always_inline__, __artificial__))
_mm_shuffle_epi32 (__m128i __A, const int __mask)
{
  return (__m128i)__builtin_ia32_pshufd ((__v4si)__A, __mask);
}
#else
#define _mm_shuffle_epi32(A, N) \
  ((__m128i)__builtin_ia32_pshufd ((__v4si)(__m128i)(A), (int)(N)))
#endif

有趣的是：如果在禁用优化的情况下进行编译，gcc 的标头在某些情况下会避免使用内联函数。我想这会带来更好的调试符号，因此您不必单步执行内联函数的定义（在stepi显示 TUI 源窗口的优化代码中在 GDB 中使用时确实会发生这种情况。）