快速饱和整数转换？

Question

我想知道是否有任何快速的位技巧来进行从 64 位无符号值到 32 位无符号值的饱和转换（如果它被推广到其他宽度会很好，但那是我关心的主要宽度）。我能够通过谷歌搜索找到的大部分资源都用于饱和算术运算。

饱和转换将采用 64 位无符号值，并且 return 未修改为 32 位值的值或 2^32-1（如果输入值大于 2^32-） 1.请注意，这不是默认的 C 转换截断行为。

我可以想象做这样的事情：

测试上半部分是否设置了任何位
如果是，则创建一个所有位都已设置的 32 位掩码，否则创建一个所有位都未设置的掩码
带掩码的按位或下半部分

但我不知道如何快速生成遮罩。我在 Godbolt 中尝试了直接的分支实现，看看编译器是否会为我生成一个聪明的无分支实现，但没有成功。

#include <stdint.h>
#include <limits.h>

// Type your code here, or load an example.
uint32_t square(uint64_t num) {
    return num > UINT32_MAX ? UINT32_MAX : num;
}

编辑：我的错误，问题是 godbolt 没有设置为使用优化

Answer 1

你不需要做任何花哨的小动作来做到这一点。以下函数应该足以让编译器生成高效代码：

uint32_t saturate(uint64_t value) {
    return value > UINT32_MAX ? UINT32_MAX : value;
}

这包含一个条件语句，但大多数常见的 CPU，如 AMD/Intel 和 Arm 的，都有 conditional move instructions。因此他们将测试溢出 32 位的值，并根据测试将其替换为 UINT32_MAX，否则将其保留。例如，在 64 位 Arm 处理器上，此函数将由 GCC 编译（至：

saturate:
  mov x1, 4294967295
  cmp x0, x1
  csel x0, x0, x1, ls
  ret

请注意，您必须启用编译器优化才能获得上述结果。

Answer 2

一种不依赖条件移动的方法是

((-(x >> 32)) | (x << 32)) >> 32

快速饱和整数转换？

Fast saturating integer conversion?

language-agnostic

performance

bit-manipulation

saturation-arithmetic