1、重解釋轉(zhuǎn)換
雖然128位的XMM寄存器在硬件上只是256位YMM寄存器的下半部分，但在C++中它們是不同的類型。有一些intrinsic函數(shù)可以將它們重新解釋為不同的類型，如下表所示，行代表源類型，列代表目標(biāo)類型。
__m128 |
__m128d |
__m128i |
__m256 |
__m256d |
__m256d |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
__m128 |
= | _mm_castps_pd |
_mm_castps_si128 |
_mm256_castps128_ps256 |
||
__m128d |
_mm_castpd_ps |
= | _mm_castpd_si128 |
_mm256_castpd128_pd256 |
||
__m128i |
_mm_castsi128_ps |
_mm_castsi128_pd |
= | _mm256_castsi128_si256 |
||
__m256 |
_mm256_castps256_ps128 |
= | _mm256_castps_pd |
_mm256_castps_si256 |
||
__m256d |
_mm256_castpd256_pd128 |
_mm256_castpd_ps |
= | _mm256_castpd_si256 |
||
__m256i |
_mm256_castsi256_si128 |
_mm256_castsi256_ps |
_mm256_castsi256_pd |
= |
這些函數(shù)不會被編譯成任何指令，所以性能上幾乎沒有損耗，因為它們不改變寄存器中的值，例如32位float浮點數(shù)1.0f轉(zhuǎn)換成32位整數(shù)后會變?yōu)?code>0x3f800000。將128位值轉(zhuǎn)換成256位值時，上半部分是未定義的。
2、類型轉(zhuǎn)換
類型轉(zhuǎn)換只支持帶符號的32位整數(shù)，例如：
| 函數(shù)示例 | 說明 |
|---|---|
_mm_cvtepi32_ps、_mm256_cvtepi32_ps
|
將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的32位浮點數(shù) |
_mm_cvtepi32_pd、_mm256_cvtepi32_pd
|
將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的64位浮點數(shù) |
_mm_cvtps_epi32、_mm256_cvtps_epi32
|
將32位浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的32位整數(shù) |
_mm_cvtpd_epi32、_mm256_cvtpd_epi32
|
將64位浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的32位整數(shù) |
當(dāng)浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)時，函數(shù)使用MXCSR寄存器中指定的舍入模式，若要更改模式，可以使用宏_MM_SET_ROUNDING_MODE。此外，也有一些名稱中帶有額外t的函數(shù)會忽略MXCSR寄存器，并始終使用向零截斷（_MM_ROUND_TOWARD_ZERO）的模式，例如_mm_cvttpd_epi32、_mm_cvttps_epi32。
此外還有一些函數(shù)可以在32位浮點數(shù)與64位浮點數(shù)之間進行轉(zhuǎn)換，例如_mm256_cvtps_pd將32位浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成64位浮點數(shù)。
3、內(nèi)存訪問
3.1、加載
-
對齊/非對齊加載：所有數(shù)據(jù)類型都支持對齊加載和非對齊加載。對齊加載例如
_mm_load_si128或_mm256_load_ps，它們要求源地址是16字節(jié)或者32字節(jié)對齊的，否則可能會導(dǎo)致崩潰；非對齊加載例如_mm_loadu_si128或_mm256_loadu_ps，它們函數(shù)名中額外的u表示unaligned，它們的速度可能會慢于對齊加載的版本。 -
單通道加載：
__m128和__m128d支持單通道加載，即只加載第一條通道并把其它通道設(shè)置成0.0，例如_mm_load_ss和_mm_load_sd。 -
逆序加載：
__m128和__m128d支持逆序加載，即以逆序方式將數(shù)據(jù)加載到寄存器中，例如_mm_loadr_ps和_mm_loadr_pd。 -
廣播加載：在AVX指令集中，
__m128、__m256、__m256d支持廣播加載，也就是把單個值加載到多個寄存器通道中，例如_mm256_broadcast_ss等。 -
掩碼加載：AVX引入了掩碼加載，即根據(jù)掩碼的值選擇性地加載數(shù)據(jù)，例如
_mm_maskload_ps等。 -
跨距加載：AVX2引入了跨距加載，它可以利用索引寄存器來加載非連續(xù)地址的數(shù)據(jù)元素，不過速度較慢，例如
_mm_i32gather_ps等。 -
流加載：這類指令繞過緩存，直接將內(nèi)存數(shù)據(jù)加載到寄存器中，從而減少緩存污染和緩存替換的開銷，適用于一次性讀取大量數(shù)據(jù)并進行向量化計算的場景，例如
_mm_stream_load_si128、_mm256_stream_load_si256等。
3.2、存儲
-
對齊/非對齊存儲：與對齊/非對齊加載同理，對應(yīng)的存儲指令也有
_mm_store_ps、_mm_storeu_ps等。 -
單通道存儲：與單通道加載類似，只把第一條通道的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存，例如
_mm_store_ss等。 -
逆序存儲：與逆序加載類似，它以逆序方式將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存中，例如
_mm_storer_ps等。 -
掩碼存儲：與掩碼加載類似，根據(jù)掩碼的值選擇性地存儲數(shù)據(jù)，例如
_mm_maskstore_ps等。 -
流存儲：與流加載指令類似，繞過緩存直接將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存，從而減少了緩存寫回的開銷，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲操作，例如
_mm_stream_ps、_mm256_stream_si256等。
4、向量寄存器初始化
所有向量寄存器類型都有_mm_setzero_ps或_mm256_setzero_si256這樣的函數(shù)，用于將寄存器初始化為全零，它可能會被編譯成xorps xmm0, xmm0, xmm0這樣的指令，其執(zhí)行效率很高。
雖然CPU無法使用0以外的常量來初始化寄存器，但編譯器還是提供了一些函數(shù)來實現(xiàn)非0初始化，例如_mm_set_ps可以用不同的值初始化各個通道，_mm256_set1_epi用相同的值初始化所有通道。這些函數(shù)的實現(xiàn)依據(jù)具體情況而定：如果參數(shù)是編譯時的常量，它們通常會被編譯成二進制文件中的只讀數(shù)據(jù)；如果編譯時無法確定參數(shù)，編譯器就會執(zhí)行其它合理操作，例如寄存器大部分為0，而我們只設(shè)置了一條通道，那么編譯器可能會執(zhí)行插入指令，再比如參數(shù)來自變量，編譯器就可能會先實行洗牌或標(biāo)量存儲、然后再進行向量加載。
5、向量寄存器與通用寄存器的轉(zhuǎn)換
| 數(shù)據(jù)類型 | 數(shù)據(jù)復(fù)制方向 | 函數(shù)示例 |
|---|---|---|
| 整數(shù) | 向量寄存器最低通道 ==> 通用寄存器 |
_mm_cvtsi128_si32、_mm_cvtsi128_si64
|
| 整數(shù) | 通用寄存器 ==> 向量寄存器最低通道 |
_mm_cvtsi32_si128、_mm_cvtsi64x_si128
|
| 浮點數(shù) | 向量寄存器最低通道 ==> 通用寄存器 |
_mm_cvtss_f32、_mm_cvtsd_f64
|
| 浮點數(shù) | 通用寄存器 ==> 向量寄存器最低通道 | 沒有對應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)，但可以使用_mm_set_ps或_mm_set1_ps實現(xiàn)相同功能 |
上表中列舉的轉(zhuǎn)換函數(shù)只操作向量寄存器的最低通道，除此之外還有一類函數(shù)可以將整數(shù)向量寄存器任意通道的值復(fù)制到通用寄存器，它們是_mm_extract_epi8、_mm_extract_epi16等。
當(dāng)程序是32位時，所有通用寄存器也都是32位的，在向量寄存器和通用寄存器之間移動64位整數(shù)的指令不可用。
6、位運算
浮點數(shù)和整數(shù)有一套完整的位運算指令，它們包含AND、OR、XOR、ANDNOT指令，例如_mm_and_ps、_mm256_xor_epi32等。如果需要位運算NOT，最快的方法可能是與所有1進行XOR，例如：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-741777.html
__m128i bitwiseNot(__m128i x)
{
const __m128i zero = _mm_setzero_si128();
const __m128i one = _mm_cmpeq_epi32(zero, zero);
return _mm_xor_si128(x, one);
}
test指令將計算結(jié)果直接保存到int型的通用寄存器中，部分test函數(shù)及其功能如下表所示：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-741777.html
| 函數(shù)示例 | 返回結(jié)果 |
|---|---|
_mm_testz_si128、_mm256_testz_si256
|
return ((a & b) == 0) ? 1 : 0 |
_mm_testc_si128、_mm256_testc_si256
|
return (((~a) & b) == 0) ? 1 : 0 |
_mm_testnzc_si128、_mm256_testnzc_si256
|
testz和testc結(jié)果都為0時返回1，否則返回0 |
_mm_test_all_ones |
把輸入向量取反后與全1向量按位與，如果等于0則返回1，否則返回0 |
_mm_test_all_zeros |
把輸入向量與掩碼向量按位與，如果等于0則返回1，否則返回0 |
到了這里，關(guān)于x86平臺SIMD編程入門(2)：通用指令的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
