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c++ - 获取 `rsqrtss` 包装器的最少指令

coder 2024-02-05 原文

我认为是时候使用快速平方根倒数了。因此，我尝试编写一个函数(在生产中将被标记为 inline):

float sqrt_recip(float x) {
  return _mm_cvtss_f32( _mm_rsqrt_ss( _mm_set_ps1(x) ) ); //same as _mm_set1_ps
}

TL;DR:我的问题是“如何让 GCC 和 ICC 为上述功能输出最少的汇编(两条指令)，最好不求助于原始汇编(坚持使用内在函数)？”

正如所写，在 ICC 13.0.1、GCC 5.2.0 和 Clang 3.7 上，输出是:

shufps  xmm0, xmm0, 0
rsqrtss xmm0, xmm0
ret

这是有道理的，因为我使用 _mm_set_ps1 将 x 分散到寄存器的所有组件中。但是，我真的不需要那样做。我宁愿只做最后两行。当然，shufps 只是一个循环。但是rsqrtss只有三五个。 20% 到 33% 的开销完全没有值(value)。

我尝试过的一些事情:

  • 我试过只是不设置它:
    union { __m128 v; float f[4]； } u;
    u.f[0] = x;
    return _mm_cvtss_f32(_mm_rsqrt_ss(u.v));
    这实际上适用于 Clang，但 ICC 和 GCC 的输出尤其令人震惊。

  • 您可以用零填充(即使用 _mm_set_ss)而不是分散。同样，GCC 和 ICC 的输出都不是最佳的。在 GCC 的案例中，GCC 滑稽地添加了这个:
    movss DWORD PTR [rsp-12], xmm0
    movss xmm0，DWORD PTR [rsp-12]

最佳答案

三年半过去了，虽然编译器进步了，情况也变好了，但仍然没有输出最优代码。

然而，在不使用原始汇编的情况下，我们仍然可以通过使用内联汇编比内部函数做得更好。我们必须小心一点；在非 VEX 编码指令和 VEX 编码指令之间切换会产生重大损失，因此我们需要两个代码路径。

这会在 GCC (9.0.1)、Clang (9.0.0) 和 ICC (19.0.1.144) 上产生最佳结果。它仅在内联而不是 VEX 编码时在 MSVC (19.16) 上产生最佳结果(这可能是我们能做的最好的，因为 MSVC 不支持 x86-64 上的内联汇编):

#include <xmmintrin.h>


inline float rsqrt_fast(float x) {
    #ifndef _MSC_VER //Optimal
        float result;
        asm( //Note AT&T order
            #ifdef __AVX__
            "vrsqrtss %1, %1, %0"
            #else
            "rsqrtss %1, %0"
            #endif
            : "=x"(result)
            : "x"(x)
        );
        return result;
    #else //TODO: not optimal when in AVX mode or when not inlined
        return _mm_cvtss_f32(_mm_rsqrt_ss(_mm_set_ps1(x)));
    #endif
}

关于c++ - 获取 `rsqrtss` 包装器的最少指令，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/32687079/

amprsqrtsscodesectionstrongc++gccassemblyicc

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