为什么 C++ 标准库中没有 SIMD 功能？

Question

SSE 自 1999 年以来一直存在，它及其以下扩展是提高 C++ 程序性能的最强大工具之一。然而，没有明确使用此功能的标准化容器/算法等（我知道吗？）。是否有一个原因？是否有一个提案从未通过？

Answer 1

(parallelism TS v2) 中有对映射到常见 ISA 的 SIMD 扩展的显式短向量 SIMD 类型的实验支持，但截至 2021 年 8 月，只有 GCC 实现了它。上面链接的 Cppreference 文档不完整，但还有其他详细信息盖在工作草案，技术规范C ++扩展为并行，文献N4808。该提案背后的想法是在博士项目（此处为 2015 年论文）期间开发的。GCC实现的作者写了一篇文章在转换现有的 SSE 字符串处理算法以使用他的库的 2019 年迭代时，实现了类似的性能和更高的可读性。这是一些使用它和生成的程序集的简单代码：

乘加

#include <experimental/simd> // Fails on MSVC 19 and others
using vec4f = std::experimental::fixed_size_simd<float,4>;

void madd(vec4f& out, const vec4f& a, const vec4f& b)
{
    out += a * b;
}

编译-march=znver2 -Ofast -ffast-math我们确实得到了为此生成的硬件融合乘加：

madd(std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >&, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> > const&, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> > const&):
        vmovaps xmm0, XMMWORD PTR [rdx]
        vmovaps xmm1, XMMWORD PTR [rdi]
        vfmadd132ps     xmm0, xmm1, XMMWORD PTR [rsi]
        vmovaps XMMWORD PTR [rdi], xmm0
        ret

点积

点/内积可以简洁地写成：

madd(std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >&, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> > const&, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> > const&):
        vmovaps xmm0, XMMWORD PTR [rdx]
        vmovaps xmm1, XMMWORD PTR [rdi]
        vfmadd132ps     xmm0, xmm1, XMMWORD PTR [rsi]
        vmovaps XMMWORD PTR [rdi], xmm0
        ret

-Ofast -ffast-math -march=znver2：

dot_product(std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >):
        vmovaps xmm1, XMMWORD PTR [rsi]
        vmulps  xmm1, xmm1, XMMWORD PTR [rdi]
        vpermilps       xmm0, xmm1, 27
        vaddps  xmm0, xmm0, xmm1
        vpermilpd       xmm1, xmm0, 3
        vaddps  xmm0, xmm0, xmm1
        ret

（Godbolt 链接与更多的玩耍）。