c++ - 将 avx 变量传递给 std::function 时引发 bad_function_call 和段错误

Question

这个问题是在写一些计算机图形相关的代码时发现的，简化版代码如下:

#include <bits/stdc++.h>

#define __AVX__ 1
#define __AVX2__ 1
#pragma GCC target("avx,avx2,popcnt,tune=native")
#include <immintrin.h>

namespace with_avx {
class vec {
   public:
    vec(double x = 0, double y = 0, double z = 0, double t = 0) {
        vec_data = _mm256_set_pd(t, z, y, x);
    }
    __m256d vec_data;
};
}  // namespace with_avx

namespace without_avx {
class vec {
   public:
    vec(double x = 0, double y = 0, double z = 0, double t = 0) {
        vec_data[0] = x, vec_data[1] = y, vec_data[2] = z, vec_data[3] = t;
    }
    double vec_data[4];
};
}  // namespace without_avx

#ifdef USE_AVX
using namespace with_avx;
#else
using namespace without_avx;
#endif

vec same(vec x) { return x; }
std::function<vec(vec)> stdfunc = same;

int main() { 
    vec rand_vec(rand(), rand(), rand());
    vec ret = stdfunc(rand_vec);
    std::cout<<(double)ret.vec_data[0];
}

如果我使用标志 USE_AVX 编译代码，如下所示:

 g++-12 stdfunction_test.cpp -o ../build/unit_test -D USE_AVX -g

g++ 会输出一些警告:

In file included from /usr/include/c++/12/functional:59,
                 from /usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/12/bits/stdc++.h:71,
                 from stdfunction_test.cpp:2:
/usr/include/c++/12/bits/std_function.h: In member function ‘_Res std::function<_Res(_ArgTypes ...)>::operator()(_ArgTypes ...) const [with _Res = with_avx::vec; _ArgTypes = {with_avx::vec}]’:
/usr/include/c++/12/bits/std_function.h:587:7: note: the ABI for passing parameters with 32-byte alignment has changed in GCC 4.6
  587 |       operator()(_ArgTypes... __args) const
      |       ^~~~~~~~

然后，如果我运行代码，有时会导致以下输出导致段错误:

[1]    12710 segmentation fault  ../build/unit_test

有时，bad_function_call 会抛出以下输出:

terminate called after throwing an instance of 'std::bad_function_call'
  what():  bad_function_call
[1]    12678 IOT instruction  ../build/unit_test

这两个错误都是在执行这一行时出现的:

vec ret = stdfunc(rand_vec);

然后我使用 gdb 进行回溯:

(gdb) bt
#0  0x00007ffff7e35521 in __cxa_throw () from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#1  0x00007ffff7e2c6f4 in std::__throw_bad_function_call() () from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#2  0x000055555555558b in std::function<with_avx::vec (with_avx::vec)>::operator()(with_avx::vec) const (this=0x7fffffffda74,
    __args#0=...) at /usr/include/c++/12/bits/std_function.h:590
#3  0x000055555555528d in main () at stdfunction_test.cpp:39

但是，如果我不添加标志，代码将正常运行。

我认为这可能是由某种对齐问题引起的，比如警告说我只是不知道如何解决这个问题。

我的环境如下，希望对你有用:

• g++ 版本:g++-12 (Ubuntu 12-20220319-1ubuntu1) 12.0.1 20220319(实验)[master r12-7719-g8ca61ad148f]
• 操作系统:在 WSL2 上运行的 Ubuntu-22.04

Answer 1

在文件中途更改目标体系结构导致了您的问题。据推测，std::function 的部分实现会随着目标体系结构的变化而变化。将 pragma 移动到文件的开头可以解决问题:https://godbolt.org/z/WP5ah38WP

如果您通过编译器命令行(例如 -mavx2)设置架构目标，通常会更安全，这将确保您的所有代码都使用相同的架构编译:https://godbolt.org/z/z5j79c5eh
或者更好的是，使用 -march=haswell 或 -march=native 也可以设置调整选项并启用相关的 ISA 功能，如 BMI1/2，因为 Why doesn't gcc resolve _mm256_loadu_pd as single vmovupd?

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传递 double __attribute__((vector_size(32))) 的调用约定(例如 __m256d)在 AVX 可用时发生变化。

如你所见on Godbolt ，没有 AVX，它通过一个隐藏的指针(在 RDI 中)返回到返回值对象。假定 AVX 调用约定的调用者不会将 RDI 设置为有效指针，只需将其传递到 YMM0 中即可。 (对于按值传递，在堆栈上与在 YMM0 中会导致数据错误，但不会直接导致段错误。)

std::function 成员函数是在没有 AVX 的情况下定义的，因为您在 pragma 之前包含了 C++ 标准头文件。但是您以后的代码将与 __m256d 一起使用它。