c++ - 将多个函数调用折叠为单个函数？

Question

我在考虑一个简单的 SIMD 类，它支持重载算术运算符 +-*/ 等。
在将其实现为类模板以支持不同类型的内在函数时，我注意到有一些可以同时执行多个操作(_mm_fmadd_ps 用于乘法和加法)。
我现在想知道是否有一种相对健全的方法来继续使用数学运算符重载
a * b + c -> madd( a , b , c )
而不是使用普通的自由函数
add( mul( a , b ) , c ) -> madd( a , b , c )
和使用这些较新的内在函数。

所以我的问题归结为:

1. 是否可以链接多个(独立的)函数调用以仅调用一个特定函数(一般问题，与 SIMD 无关)？
   • (当代理能够做到这一点时，他们值得吗)？
2. 如果不是，关于 SIMD 容器进行 api 设计以提供正常操作并能够更新内在函数的好方法是什么？
   • 同时提供运算符重载和自由函数
   • 放弃运算符重载，只依赖自由函数
3. 是否允许编译器折叠内在函数以在适当的地方自动使用新内在函数？ (折叠 add( mul( a , b ) , c ) 到 madd( a , b , c ) 当内在函数可用和/或已用于所需版本的内在)

Answer 1

像这样(你可能想使用最大优化器设置):

#include <iostream>

template<class Intrinsic>
struct optimised
{
    using type = Intrinsic;

    optimised(type v)
    : _v (v)
    {}

    operator type&() {
        return _v;
    }

    operator const type&() const {
        return _v;
    }

    type _v;
};

// naiive implementation of madd
double madd(double a, double b, double c) {
    std::cout << "madd(" << a << ", " << b << ", " << c << ")" << std::endl;
    return (a * b) + c;
}

struct mul_result
{
    mul_result(const double& a, const double&b)
    : _a(a), _b(b)
    {}

    operator double() const {
        return _a * _b;
    }

    const double &_a, &_b;    
};

double operator+(const mul_result& ab, const double& c)
{
    return madd(ab._a, ab._b, c);
}

mul_result operator*(const optimised<double>& a, const optimised<double>& b)
{
    return mul_result(a, b);
}

using namespace std;

int main()
{
    optimised<double> a = 3, b = 7, c = 2;

    auto x = a * b + c; 
    cout << x << endl;

   return 0;
}

预期输出:

madd(3, 7, 2)                                                                                                                           
23