6.50 Использование векторных инструкций через встроенные функции

В некоторых целях наборы инструкций содержат векторные инструкции SIMD, которые работают с несколькими значениями, содержащимися в одном большом регистре одновременно. Например, на x86 можно использовать расширения MMX, 3DNow! и SSE таким образом.

Первый шаг в использовании этих расширений — предоставление необходимых типов данных. Это следует делать с использованием соответствующего typedef:

typedef int v4si __attribute__ ((vector_size (16)));

Тип int задаёт базовый тип, а атрибут — размер вектора для переменной, измеряемый в байтах. Например, приведённое выше объявление заставляет компилятор установить режим для типа v4si на 16 байт шириной и разделять на единицы размера int. Для 32-битного int это означает вектор из 4 единиц по 4 байта, и соответствующий режим foo — V4SI.

Атрибут vector_size применим только к целочисленным и плавающим скалярам, хотя массивы, указатели и возвращаемые значения функций разрешены в сочетании с этой конструкцией. В настоящее время разрешены только размеры, являющиеся степенью двойки.

Все основные целочисленные типы могут быть использованы в качестве базовых типов, как со знаком, так и без знака: char, short, int, long, long long. Кроме того, float и double могут быть использованы для построения векторных типов с плавающей точкой.

Указание комбинации, которая недействительна для текущей архитектуры, заставляет GCC синтезировать инструкции с более узким режимом. Например, если вы указываете переменную типа V4SI и ваша архитектура не поддерживает этот конкретный тип SIMD, GCC генерирует код, использующий 4 SIs.

Определённые таким образом типы могут использоваться с подмножеством обычных операций C. В настоящее время GCC разрешает использование следующих операторов для этих типов: +, -, *, /, unary minus, ^, |, &, ~, %.

Операции ведут себя как операции C++. Сложение определено как сложение соответствующих элементов операндов. Например, в приведённом ниже коде каждый из 4 элементов в a складывается с соответствующими 4 элементами в b, а полученный вектор сохраняется в c.

typedef int v4si __attribute__ ((vector_size (16)));

v4si a, b, c;

c = a + b;

Вычитание, умножение, деление и логические операции работают аналогичным образом. Аналогичным образом, результатом использования унарных операторов минус или дополнения для векторного типа является вектор, элементы которого — отрицательные или дополненные значения соответствующих элементов в операнде.

Можно использовать операторы сдвига <<, >> для векторов целочисленного типа. Операция определяется следующим образом: {a0, a1, …, an} >> {b0, b1, …, bn} == {a0 >> b0, a1 >> b1, …, an >> bn}. Векторные операнды должны иметь одинаковое число элементов.

Для удобства разрешена бинарная векторная операция, где один операнд — скаляр. В этом случае компилятор преобразует скалярный операнд в вектор, где каждый элемент — скаляр из операции. Преобразование происходит только в том случае, если скаляр можно безопасно преобразовать в тип элемента вектора. Рассмотрим следующий код.

typedef int v4si __attribute__ ((vector_size (16)));

v4si a, b, c;
long l;

a = b + 1;    /* a = b + {1,1,1,1}; */
a = 2 * b;    /* a = {2,2,2,2} * b; */

a = l + a;    /* Error, cannot convert long to int. */

Векторы можно индексировать так, как если бы вектор был массивом с тем же числом элементов и базовым типом. Доступ за пределы границ вызывает неопределённое поведение во время выполнения. Предупреждения о доступе за пределы границ для индексирования векторов можно включить с помощью -Warray-bounds.

Поддерживается сравнение векторов с помощью стандартных операторов сравнения: ==, !=, <, <=, >, >=. Операнды сравнения могут быть векторными выражениями целочисленного или вещественного типа. Сравнение векторов целочисленного типа и векторов вещественного типа не поддерживается. Результатом сравнения является вектор той же ширины и числа элементов, что и операнды сравнения, с целочисленным типом элемента со знаком.

Векторы сравниваются поэлементно, генерируя 0 при ложном сравнении и -1 (константа соответствующего типа, где все биты установлены) в противном случае. Рассмотрим следующий пример.

typedef int v4si __attribute__ ((vector_size (16)));

v4si a = {1,2,3,4};
v4si b = {3,2,1,4};
v4si c;

c = a >  b;     /* The result would be {0, 0,-1, 0}  */
c = a == b;     /* The result would be {0,-1, 0,-1}  */

В C++ доступен тернарный оператор ?:. a?b:c, где b и c — векторы одного типа, а a — вектор целых чисел с тем же числом элементов того же размера, что и b и c, вычисляет все три аргумента и создаёт вектор {a[0]?b[0]:c[0], a[1]?b[1]:c[1], …}. Обратите внимание, что в отличие от OpenCL, a интерпретируется как a != 0, а не как a < 0. Как и в случае с бинарными операциями, этот синтаксис также принимается, когда один из b или c является скаляром, который затем преобразуется в вектор. Если оба b и c являются скалярами, а тип true?b:c имеет тот же размер, что и тип элемента a, то b и c преобразуются в векторный тип, элементы которого имеют этот тип и с тем же числом элементов, что и a.

В C++ доступны логические операторы !, &&, || для векторов. !v эквивалентно v == 0, a && b эквивалентно a!=0 & b!=0 и a || b эквивалентно a!=0 | b!=0. Для смешанных операций между скаляром s и вектором v, s && v эквивалентно s?v!=0:0 (оценка является короткой) и v && s эквивалентно v!=0 & (s?-1:0).

Перестановки векторов доступны с использованием функций __builtin_shuffle (vec, mask) и __builtin_shuffle (vec0, vec1, mask). Обе функции строят перестановку элементов из одного или двух векторов и возвращают вектор того же типа, что и входной вектор(ы). mask — это целочисленный вектор с той же шириной (W) и количеством элементов (N) что и выходной вектор.

Элементы входных векторов нумеруются в порядке памяти vec0, начиная с 0, и vec1, начиная с N. Элементы mask рассматриваются по модулю N в случае с одним операндом и по модулю 2*N в случае с двумя операндами.

Рассмотрим следующий пример,

typedef int v4si __attribute__ ((vector_size (16)));

v4si a = {1,2,3,4};
v4si b = {5,6,7,8};
v4si mask1 = {0,1,1,3};
v4si mask2 = {0,4,2,5};
v4si res;

res = __builtin_shuffle (a, mask1);       /* res is {1,2,2,4}  */
res = __builtin_shuffle (a, b, mask2);    /* res is {1,5,3,6}  */

Обратите внимание, что __builtin_shuffle намеренно семантически совместим с функциями OpenCL shuffle и shuffle2.

Вы можете объявлять переменные и использовать их в вызовах функций и возвращаемых значениях, а также в операциях присваивания и некоторых преобразованиях. Вы можете указать векторный тип как тип возвращаемого значения функции. Векторные типы также могут быть использованы в качестве аргументов функций. Можно выполнять преобразование из одного векторного типа в другой, если они имеют одинаковый размер (фактически, вы также можете преобразовать векторы в другие типы данных того же размера).

Вы не можете выполнять операции между векторами разной длины или разной знаковости без преобразования.

Далее: Offsetof, Предыдущее: Возврат адреса, Вверх: Расширения C [Содержание][Индекс]