为什么“+=”在 SSE intrinsic 中给我意想不到的结果

Question

sse intrinsic的累加有两种实现方式。但是其中一个得到了错误的结果。

#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 整数向量，类似于

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

使用 GNU C 本机向量语法（+ 运算符）执行 per-element 64 位元素大小的加法。即 _mm_add_epi64.

在您的例子中，carry-out 从一个 32 位元素的顶部向其上方的 32 位元素添加了一个额外的元素，因为 64 位元素大小确实在 32 位元素对之间传播进位-位元素。（将负数添加到 non-zero 目的地会产生 carry-out。）

英特尔内部函数 API 没有为 __m128 / __m128d / __m128i 定义 + 运算符。例如，您的代码无法在 MSVC 上编译。

所以您得到的行为仅来自 GCC headers 中内在类型的实现细节。它对于具有明显元素大小的浮点向量很有用，但对于整数向量，您需要自己定义，除非您碰巧有 64 位整数。

如果您希望能够使用 v1 += v2;，您可以定义自己的 GNU C 原生向量类型，例如

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

注意我遗漏了 may_alias，所以只有将指针转换为 unsigned 才是安全的，而不是读取像 char[].

这样的任意数据

事实上 GCC 的 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)));

我不确定它们是否适合外用。

GNU C 本机向量在您想让编译器生成除以 compile-time 常量或类似内容的高效代码时最有用。例如具有 16 位无符号整数的 digit = v1 % 10; 和 v1 /= 10; 将编译为 pmulhuw 和右移。但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，并且具有像 Vec4i (4x signed int) / Vec4u (4x unsigned int) / Vec16c (16x signed char) 为不同类型的整数向量提供类型系统，因此您知道从 v1 += v2; 或 v1 >>= 2; 得到什么（右移是符号重要的一种情况。）

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

为什么“+=”在 SSE intrinsic 中给我意想不到的结果

why does "+=" gives me unexpected result in SSE instrinsic

c

gcc

sse

intrinsics