SSE指令集算法优化

先挖个坑，记录下资料。

2020/03/24

继续记录，争取这周搞定SSE！

1. Intrinsic Function

Intrinsic Function作为内联函数，直接在调用的地方插入代码，即避免了函数调用的额外开销，又能够使用比较高效的机器指令对该函数进行优化。优化器（Optimizer）内置的一些Intrinsic Function行为信息，可以对Intrinsic进行一些不适用于内联汇编的优化，所以通常来说Intrinsic Function要比等效的内联汇编（inline assembly）代码快。优化器能够根据不同的上下文环境对Intrinsic Function进行调整，例如：以不同的指令展开Intrinsic Function，将buffer存放在合适的寄存器等。
使用 Intrinsic Function对代码的移植性会有一定的影响，这是由于有些Intrinsic Function只适用于Visual C++，在其他编译器上是不适用的；更有些Intrinsic Function面向的是特定的CPU架构，不是全平台通用的。上面提到的这些因素对使用Intrinsic Function代码的移植性有一些不好的影响，但是和内联汇编相比，移植含有Intrinsic Function的代码无疑是方便了很多。另外，64位平台已经不再支持内联汇编。

引用自：https://www.cnblogs.com/wangguchangqing/p/5466301.html

2. SSE Intrinsic 

VS和GCC都支持SSE指令的Intrinsic，SSE有多个不同的版本，其对应的Intrinsic也包含在不同的头文件中，如果确定只使用某个版本的SSE指令则只包含相应的头文件即可。

引用自：https://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/02/28/vs_intrin_table.html

2.1 数据类型

Intrinsic使用的数据类型和其寄存器是想对应，有

• 64位 MMX指令集使用
• 128位 SSE指令集使用
• 256位 AVX指令集使用

甚至AVX-512指令集有512位的寄存器，那么相对应Intrinsic的数据也就有512位。
具体的数据类型及其说明如下：

1. __m64 64位对应的数据类型，该类型仅能供MMX指令集使用。由于MMX指令集也能使用SSE指令集的128位寄存器，故该数据类型使用的情况较少。
2. __m128 / __m128i / __m128d 这三种数据类型都是128位的数据类型。由于SSE指令集即能操作整型，又能操作浮点型（单精度和双精度），这三种数据类型根据所带后缀的不同代表不同类型的操作数。__m128是单精度浮点数，__m128i是整型，__m128d是双精度浮点数。

256和512的数据类型和128位的类似，只是存放的个数不同，这里不再赘述。
知道了各种数据类型的长度以及其代码的意义，那么它的表现形式到底是怎么样的呢？看下图

__m128i yy;

yy是__m128i型，从上图可以看出__m128i是一个联合体（union），根据不同成员包含不同的数据类型。看其具体的成员包含了8位、16位、32位和64位的有符号/无符号整数（这里__m128i是整型，故只有整型的成员，浮点数的使用__m128）。而每个成员都是一个数组，数组中填充着相应的数据，并且根据数据长度的不同数组的长度也不同（数组长度 = 128 / 每个数据的长度（位））。在使用的时候一定要特别的注意要操作数据的类型，也就是数据的长度，例如上图同一个变量yy当作4个32位有符号整型使用时其数据是：0，0，1024，1024；但是当做64位有符号整型时其数据为：0，4398046512128，大大的不同。
在MSVC下可以使用yy.m128i_i32[0]取出第一个32位整型数据，原生的Intrinsic函数是没有提供该功能的，这是在MSVC的扩展，比较像Microsoft的风格，使用及其的方便但是效率很差，所以这种方法在GCC/Clang下面是不可用的。在MSVC下面可以根据需要使用不使用这种抽取数据的方法，但是这种功能在调试代码时是非常方便的，如上图可以很容易的看出128位的数据在不同数据类型下其值的不同。

Intrinsic使用的数据类型和其寄存器是想对应，有

• 64位 MMX指令集使用
• 128位 SSE指令集使用
• 256位 AVX指令集使用

甚至AVX-512指令集有512位的寄存器，那么相对应Intrinsic的数据也就有512位。
具体的数据类型及其说明如下：

1. __m64 64位对应的数据类型，该类型仅能供MMX指令集使用。由于MMX指令集也能使用SSE指令集的128位寄存器，故该数据类型使用的情况较少。
2. __m128 / __m128i / __m128d 这三种数据类型都是128位的数据类型。由于SSE指令集即能操作整型，又能操作浮点型（单精度和双精度），这三种数据类型根据所带后缀的不同代表不同类型的操作数。__m128是单精度浮点数，__m128i是整型，__m128d是双精度浮点数。

256和512的数据类型和128位的类似，只是存放的个数不同，这里不再赘述。
知道了各种数据类型的长度以及其代码的意义，那么它的表现形式到底是怎么样的呢？看下图

__m128i yy;

yy是__m128i型，从上图可以看出__m128i是一个联合体（union），根据不同成员包含不同的数据类型。看其具体的成员包含了8位、16位、32位和64位的有符号/无符号整数（这里__m128i是整型，故只有整型的成员，浮点数的使用__m128）。而每个成员都是一个数组，数组中填充着相应的数据，并且根据数据长度的不同数组的长度也不同（数组长度 = 128 / 每个数据的长度（位））。在使用的时候一定要特别的注意要操作数据的类型，也就是数据的长度，例如上图同一个变量yy当作4个32位有符号整型使用时其数据是：0，0，1024，1024；但是当做64位有符号整型时其数据为：0，4398046512128，大大的不同。
在MSVC下可以使用yy.m128i_i32[0]取出第一个32位整型数据，原生的Intrinsic函数是没有提供该功能的，这是在MSVC的扩展，比较像Microsoft的风格，使用及其的方便但是效率很差，所以这种方法在GCC/Clang下面是不可用的。在MSVC下面可以根据需要使用不使用这种抽取数据的方法，但是这种功能在调试代码时是非常方便的，如上图可以很容易的看出128位的数据在不同数据类型下其值的不同。

引用自：https://www.cnblogs.com/wangguchangqing/p/5466301.html

2.2 Intrinsic 函数的命名

Intrinsic函数的命名也是有一定的规律的，一个Intrinsic通常由3部分构成，这个三个部分的具体含义如下：

1. 第一部分为前缀_mm，表示是SSE指令集对应的Intrinsic函数。_mm256或_mm512是AVX,AVX-512指令集的Intrinsic函数前缀，这里只讨论SSE故略去不作说明。
2. 第二部分为对应的指令的操作，如_add，_mul，_load等，有些操作可能会有修饰符，如loadu将未16位对齐的操作数加载到寄存器中。
3. 第三部分为操作的对象名及数据类型，_ps packed操作所有的单精度浮点数；_pd packed操作所有的双精度浮点数；_pixx（xx为长度，可以是8，16，32，64）packed操作所有的xx位有符号整数，使用的寄存器长度为64位；_epixx（xx为长度）packed操作所有的xx位的有符号整数，使用的寄存器长度为128位；_epuxx packed操作所有的xx位的无符号整数；_ss操作第一个单精度浮点数。....

将这三部分组合到以其就是一个完整的Intrinsic函数，如_mm_mul_epi32 对参数中所有的32位有符号整数进行乘法运算。

SSE指令集对分支处理能力非常的差，而且从128位的数据中提取某些元素数据的代价又非常的大，因此不适合有复杂逻辑的运算。

引用自：https://www.cnblogs.com/wangguchangqing/p/5466301.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

REF

1、（c/c++ 代码中使用sse指令集加速）https://www.cnblogs.com/dragon2012/p/5200698.html

2、SSE指令指令集进行程序加速、DCT的优化处理（https://blog.csdn.net/yangdashi888/article/details/53376367）

3、SSE指令集学习：Compiler Intrinsic（https://www.cnblogs.com/wangguchangqing/p/5466301.html）

4、https://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/04/26/md00.html（本博客包含许多关于SSE相关的资料）