c - gcc (6.1.0) 在 SSE 内在函数中使用 'wrong' 指令

Question

背景:我开发了一个计算密集型工具，用 C/C++ 编写，必须能够在各种不同的 x86_64 处理器上运行。为了加速 float 和整数的计算，代码包含相当多的 SSE* 内在函数，这些函数具有针对不同 CPU SSE 功能量身定制的不同路径。 (由于 CPU 标志在程序开始时被检测到并用于设置 bool 值，我假设定制代码块的分支预测将非常有效地工作)。

为简单起见，我假设只需要考虑 SSE2 到 SSE4.2。

为了访问 SSE4.2 intrinsics fpr 4.2 路径，我需要使用 gcc 的 -msse4.2 选项。

问题我遇到的问题是，至少在 6.1.0 中，gcc 会使用 sse4.2 指令 pinsrd 来实现 sse2 内部函数 mm_cvtsi32_si128。

如果我使用-msse2 限制编译，它将使用sse2 指令，movd，即。英特尔“内在指南”说它应该使用的那个。

这在两个方面很烦人。

1) 关键问题是程序现在在 pre4.2 CPU 上运行时因非法指令而崩溃。我无法控制所使用的硬件，因此可执行文件需要与旧机器兼容，但需要在可用的情况下利用较新硬件的功能。

2) 根据 Intel intrinsics guide，pinrd 指令比它替换的 mov 指令慢很多。 (pinsrd 更通用，但这不是必需的)。

有谁知道如何让 gcc 只是使用内在函数指南说应该使用的指令，但仍然允许在同一编译单元中访问所有 SSE2 到 SSE4*？

更新:我还应该注意，相同的代码是在 Linux、Windows 和 OSX 下使用各种不同的编译器编译的，因此如果可能，我宁愿避免或至少使用最少的特定于编译器的扩展。

更新 2:(感谢@PeterCordes)似乎如果启用了优化，gcc 将在适当的时候恢复使用来自 pinsrd 的 movd。

Answer 1

如果您在编译步骤中将 -msse4.2 标志提供给 gcc 的命令行，它将假定它可以免费使用整个翻译单元的 SSE 4.2 指令集。这可能会导致您描述的行为。如果您需要仅使用 SSE2 及以下代码的代码，则需要使用 -msse2(如果您正在为 x86_64 构建，则根本不使用标志)。

我能想到的一些选项是:

• 如果您可以轻松地在函数级别分解您的代码，那么 gcc 的 multiversioning功能可以提供帮助。它需要相对较新版本的编译器，但它允许您执行如下操作(取自上面的链接):

   __attribute__ ((target ("default")))
   int foo ()
   {
     // The default version of foo.
     return 0;
   }
  
   __attribute__ ((target ("sse4.2")))
   int foo ()
   {
     // foo version for SSE4.2
     return 1;
   }
  
   __attribute__ ((target ("arch=atom")))
   int foo ()
   {
     // foo version for the Intel ATOM processor
     return 2;
   }
  
   __attribute__ ((target ("arch=amdfam10")))
   int foo ()
   {
     // foo version for the AMD Family 0x10 processors.
     return 3;
   }
  
   int main ()
   {
     int (*p)() = &foo;
     assert ((*p) () == foo ());
     return 0;
   }
  

  在此示例中，gcc 将自动编译不同版本的 foo() 并在运行时根据 CPU 的能力分派(dispatch)到适当的版本。

• 您可以将不同的实现(SSE2、SSE4.2 等)分解为不同的翻译单元，然后在运行时适本地分派(dispatch)到正确的实现。

• 您可以将所有 SIMD 代码放入共享库中，并使用不同的编译器标志多次构建共享库。然后在运行时，您可以检测 CPU 的能力并加载适当版本的共享库。这是像 Intel's Math Kernel Library 这样的图书馆所采用的方法。 .