c++ - 为什么 SSE 有 128 位加载功能？

Question

我正在查看其他人的代码，目前正试图找出 _mm_load_si128 存在的原因。

基本上，我尝试替换

_ra = _mm_load_si128(reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]));

与

_ra = *reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]);

它的工作原理和执行完全相同。

我认为加载函数只是为了方便而存在于较小的类型中，这样人们就不必手动将它们打包到连续内存中，但是对于已经按正确顺序排列的数据，何必呢？

_mm_load_si128 还有其他功能吗？或者它本质上只是一种迂回的赋值方式？

Answer 1

SSE 中有显式和隐式加载。

• _mm_load_si128(reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]));是显式负载
• *reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]);是隐式负载

通过显式加载，您可以显式指示编译器将数据加载到 XMM 寄存器中——这是英特尔的“官方”方式。您还可以使用 _mm_load_si128 来控制负载是对齐负载还是未对齐负载。或 _mm_loadu_si128 .

虽然作为一个扩展，大多数编译器也能够在您执行 type-punning 时自动生成 XMM 加载。 ，但是这样您就无法控制负载是对齐的还是未对齐的。在这种情况下，由于在现代 CPU 上，当数据对齐时使用未对齐加载不会降低性能，因此编译器倾向于普遍使用未对齐加载。

另一个更重要的方面是隐式加载违反了 strict aliasing规则，这可能导致未定义的行为。尽管值得一提的是——作为扩展的一部分——支持英特尔内在函数的编译器并不倾向于对 XMM 占位符类型(如 __m128)强制执行严格的别名规则。 , __m128d , __m128i .

尽管如此，我认为显式加载更简洁、更防弹。

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为什么编译器不倾向于对 SSE 占位符类型强制执行严格的别名规则？

第一个原因在于 SSE 内在函数的设计:在某些情况下您必须使用类型双关语，因为没有其他方法可以使用某些内在函数。 Mysticial's answer总结得很到位。

正如 Cody Gray 在评论中指出的那样，值得一提的是，历史上 MMX 内在函数(现在大部分已被 SSE2 取代)甚至没有提供显式加载或存储 - 您必须使用类型双关语。

第二个原因(与第一个有点相关)在于这些类型的类型定义。

GCC 的 typedef s 用于 <xmmintrin.h > 中的 SSE/SSE2 占位符类型和 <emmintrin.h> :

/* The Intel API is flexible enough that we must allow aliasing with other
   vector types, and their scalar components.  */

typedef float __m128 __attribute__ ((__vector_size__ (16), __may_alias__));    
typedef long long __m128i __attribute__ ((__vector_size__ (16), __may_alias__));
typedef double __m128d __attribute__ ((__vector_size__ (16), __may_alias__));

这里的关键是__may_alias__属性，即使在使用 -fstrict-aliasing 启用严格别名的情况下，也可以对这些类型进行类型双关。标志。

现在，自从 clang和 ICC与 GCC 兼容，它们应该遵循相同的约定。所以目前，在这 3 个编译器中，隐式加载/存储在一定程度上保证即使使用 -fstrict-aliasing 也可以工作。旗帜。最后，MSVC根本不支持严格的别名，所以它甚至不是问题。

不过，这并不意味着您应该更喜欢隐式加载/存储而不是显式加载/存储。