c++ - 告诉 C++ 指针数据是 16 字节对齐的

Question

我用静态数组编写了一些代码，它可以很好地向量化。

float data[1024] __attribute__((aligned(16)));

我想让数组动态分配。我试着做这样的事情:

float *data = (float*) aligned_alloc(16, size*sizeof(float));

但是编译器(GCC 4.9.2)不再可以向量化代码。我认为这是因为它不知道指针数据是 16 字节对齐的。我收到如下消息:

note: Unknown alignment for access: *_43

我曾尝试在使用数据之前添加此行，但它似乎没有做任何事情:

data = (float*) __builtin_assume_aligned(data, 16);

使用不同的变量并且 restrict 没有帮助:

float* __restrict__ align_data = (float*) __builtin_assume_aligned(data,16);

示例:

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define SIZE 1024
#define DYNAMIC 0
#define A16 __attribute__((aligned(16)))
#define DA16 (float*) aligned_alloc(16, size*sizeof(float))

class Test{
public:
    int size;
#if DYNAMIC
    float *pos;
    float *vel;
    float *alpha;
    float *k_inv;
    float *osc_sin;
    float *osc_cos;
    float *dosc1;
    float *dosc2;
#else
    float pos[SIZE] A16;
    float vel[SIZE] A16;
    float alpha[SIZE] A16;
    float k_inv[SIZE] A16;
    float osc_sin[SIZE] A16;
    float osc_cos[SIZE] A16;
    float dosc1[SIZE] A16;
    float dosc2[SIZE] A16;
#endif
    Test(int arr_size){
        size = arr_size;
#if DYNAMIC
        pos = DA16;
        vel = DA16;
        alpha = DA16;
        k_inv = DA16;
        osc_sin = DA16;
        osc_cos = DA16;
        dosc1 = DA16;
        dosc2 = DA16;
#endif
    }
    void compute(){
        for (int i=0; i<size; i++){
            float lambda = .67891*k_inv[i],
                omega = (.89 - 2*alpha[i]*lambda)*k_inv[i],
                diff2 = pos[i] - omega,
                diff1 = vel[i] - lambda + alpha[i]*diff2;
            pos[i] = osc_sin[i]*diff1 + osc_cos[i]*diff2 + lambda*.008 + omega;
            vel[i] = dosc1[i]*diff1 - dosc2[i]*diff2 + lambda;
        }
    }
};

int main(int argc, char** argv){
    Test t(SIZE);
    t.compute();
    std::cout << t.pos[10] << std::endl;
    std::cout << t.vel[10] << std::endl;
}

这是我的编译方式:

g++ -o test test.cpp -O3 -march=native -ffast-math -fopt-info-optimized

当DYNAMIC设置为0时，输出:

test.cpp:46:4: note: loop vectorized

但是当它设置为 1 时它什么也不输出。

Answer 1

编译器没有对循环进行向量化，因为它无法确定动态分配的指针不会相互别名。让您的示例代码矢量化的一种简单方法是传递 --param vect-max-version-for-alias-checks=1000 选项。这将允许编译器发出所有必要的检查，以查看指针是否实际上是别名。

另一个让您的示例代码矢量化的简单解决方案是重命名 main，正如 Marc Glisse 在他的评论中所建议的那样。名为 main 的函数显然禁用了某些优化。换个名字，GCC 4.9.2 可以跟踪 compute 中 this->foo (和其他指针成员)的使用，回到它们在 Test( )。

但是，我假设在名为 main 的函数中使用的类以外的其他东西阻止了您的代码在实际代码中被矢量化。一个更通用的解决方案是使用 restrict 关键字和 aligned 属性，让您的代码在没有别名或对齐检查的情况下进行矢量化。像这样的:

typedef float __attribute__((aligned(16))) float_a16;

__attribute__((noinline))
static void _compute(float_a16 * __restrict__ pos,
         float_a16 * __restrict__ vel,
         float_a16 * __restrict__ alpha,
         float_a16 * __restrict__ k_inv,
         float_a16 * __restrict__ osc_sin,
         float_a16 * __restrict__ osc_cos,
         float_a16 * __restrict__ dosc1,
         float_a16 * __restrict__ dosc2,
         int size) {
    for (int i=0; i<size; i++){
        float lambda = .67891*k_inv[i],
            omega = (.89 - 2*alpha[i]*lambda)*k_inv[i],
            diff2 = pos[i] - omega,
            diff1 = vel[i] - lambda + alpha[i]*diff2;
        pos[i] = osc_sin[i]*diff1 + osc_cos[i]*diff2 + lambda*.008 + omega;
        vel[i] = dosc1[i]*diff1 - dosc2[i]*diff2 + lambda;
    }
}

void compute() {
    _compute(pos, vel, alpha, k_inv, osc_sin, osc_cos, dosc1, dosc2,
         size);
}

noinline 属性很关键，否则内联会导致指针失去限制性和对齐性。编译器似乎忽略了函数参数以外的上下文中的 restrict 关键字。