c# - 检查字节数组是否为零的 SSE 指令 C#

Question

假设我有一个 byte[] 并想检查所有字节是否为零。 For 循环是一种显而易见的方法，LINQ All() 是一种奇特的方法，但最高性能至关重要。

如何使用 Mono.Simd加快检查字节数组是否全为零？我正在寻找前沿方法，而不仅仅是正确的解决方案。

Answer 1

最佳代码如下。 full source 中提供了其他方法和时间测量.

static unsafe bool BySimdUnrolled (byte[] data)
{
    fixed (byte* bytes = data) {
        int len = data.Length;
        int rem = len % (16 * 16);
        Vector16b* b = (Vector16b*)bytes;
        Vector16b* e = (Vector16b*)(bytes + len - rem);
        Vector16b zero = Vector16b.Zero;

        while (b < e) {
            if ((*(b) | *(b + 1) | *(b + 2) | *(b + 3) | *(b + 4) |
                *(b + 5) | *(b + 6) | *(b + 7) | *(b + 8) |
                *(b + 9) | *(b + 10) | *(b + 11) | *(b + 12) | 
                *(b + 13) | *(b + 14) | *(b + 15)) != zero)
                return false;
            b += 16;
        }

        for (int i = 0; i < rem; i++)
            if (data [len - 1 - i] != 0)
                return false;

        return true;
    }
}

最终还是被这段代码打败了:

static unsafe bool ByFixedLongUnrolled (byte[] data)
{
    fixed (byte* bytes = data) {
        int len = data.Length;
        int rem = len % (sizeof(long) * 16);
        long* b = (long*)bytes;
        long* e = (long*)(bytes + len - rem);

        while (b < e) {
            if ((*(b) | *(b + 1) | *(b + 2) | *(b + 3) | *(b + 4) |
                *(b + 5) | *(b + 6) | *(b + 7) | *(b + 8) |
                *(b + 9) | *(b + 10) | *(b + 11) | *(b + 12) | 
                *(b + 13) | *(b + 14) | *(b + 15)) != 0)
                return false;
            b += 16;
        }

        for (int i = 0; i < rem; i++)
            if (data [len - 1 - i] != 0)
                return false;

        return true;
    }
}

时间测量(在 256MB 阵列上):

LINQ All(b => b == 0)                   : 6350,4185 ms
Foreach over byte[]                     : 580,4394 ms
For with byte[].Length property         : 809,7283 ms
For with Length in local variable       : 407,2158 ms
For unrolled 16 times                   : 334,8038 ms
For fixed byte*                         : 272,386 ms
For fixed byte* unrolled 16 times       : 141,2775 ms
For fixed long*                         : 52,0284 ms
For fixed long* unrolled 16 times       : 25,9794 ms
SIMD Vector16b equals Vector16b.Zero    : 56,9328 ms
SIMD Vector16b also unrolled 16 times   : 32,6358 ms

结论:

• Mono.Simd只有一组有限的指令。我没有找到计算标量和(向量)或最大值(向量)的说明。然而，向量相等运算符返回 bool。
• 循环展开是一项强大的技术。即使是最快的代码也会从使用它中获益良多。
• LINQ 非常慢，因为它使用来自 lambda 表达式的委托(delegate)。如果您需要尖端性能，那么显然这不是正确的选择。
• 介绍的所有方法都使用 short circuit evaluation ，这意味着它们一遇到非零值就结束。
• SIMD 代码最终被击败。 SO 上还有其他问题在争论 SIMD 是否真的让事情变得更快。

Posted this code在同行评审中，到目前为止发现并修复了 2 个错误。