为什么“ + =”会在SSE内部给我意外的结果

Question

在sse内在函数中有两种实现累积的方法。但是其中之一得到了错误的结果。

#include <smmintrin.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {

int32_t A[4] = {10, 20, 30, 40};
int32_t B[8] = {-1, 2, -3, -4, -5, -6, -7, -8};
int32_t C[4] = {0, 0, 0, 0};
int32_t D[4] = {0, 0, 0, 0};

__m128i lv = _mm_load_si128((__m128i *)A);
__m128i rv = _mm_load_si128((__m128i *)B);

// way 1 unexpected
rv += lv;
_mm_store_si128((__m128i *)C, rv);

// way 2 expected
rv = _mm_load_si128((__m128i *)B);
rv = _mm_add_epi32(lv, rv);
_mm_store_si128((__m128i *)D, rv);

return 0;
}

预期结果是：

9 22 27 36

C是：

9 23 27 37

D是：

9 22 27 36

Answer 1

在GNU C中，__m128i被定义为64位整数的向量，其中包含类似

typedef long long __m128i __attribute__((vector_size(16), may_alias));

使用GNU C本机向量语法（+运算符）可对每个元素添加64位元素大小。即_mm_add_epi64。

在您的情况下，从一个32位元素的顶部进行进位会为其上方的32位元素添加一个额外的进位，因为64位元素的大小确实会在成对的32位元素之间传播进位。（将负数添加到非零目标会产生结转。）

英特尔内在API没有+为__m128/ __m128d/ 定义运算符__m128i。例如，您的代码将无法在MSVC上编译。

因此，您得到的行为仅来自GCC标头中内在类型的实现细节。对于具有明显元素大小的浮点向量很有用，但是对于整数向量，除非确实碰巧具有64位整数，否则您要定义自己的向量。

如果您想使用v1 += v2;它，可以定义自己的GNU C本机向量类型，例如

typedef uint32_t v4ui __attribute__((vector_size(16), aligned(4)));

请注意，我省略了may_alias，因此仅将指针unsigned强制转换为是安全的，而不是像那样读取任意数据char[]。

实际上，GCC emmintrin.h（SSE2）确实定义了一堆类型：

/* SSE2 */
typedef double __v2df __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef long long __v2di __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef unsigned long long __v2du __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef int __v4si __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef unsigned int __v4su __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef short __v8hi __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef unsigned short __v8hu __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef char __v16qi __attribute__ ((__vector_size__ (16)));
typedef unsigned char __v16qu __attribute__ ((__vector_size__ (16)));

我不确定它们是否打算供外部使用。

当您想让编译器发出有效的代码以除以编译时常量或类似的东西时，GNU C本机矢量最有用。例如digit = v1 % 10; ，v1 /= 10;带有16位无符号整数的将会编译为，pmulhuw然后向右移。但是它们对于可读代码也很方便。

有一些C ++包装器库可移植地提供运算符重载，并且具有Vec4i（4x有符号int）/ Vec4u（4x无符号int）/ Vec16c（16x有符号char）之类的类型，可以为您提供不同类型的整数向量的类型系统，因此您知道什么您来自v1 += v2;或v1 >>= 2; （右移是一种重要的情况。）

例如，Agner Fog的VCL（GPL许可）或DirectXMath（MIT许可）。