VS：_BitScanReverse64内在的意外优化行为

Posted 2021-03-27

以下代码在调试模式下工作正常，因为如果没有设置Bit，_BitScanReverse64被定义为返回0。 Citing MSDN :(返回值为）“如果设置了索引则为非零，如果未找到设置位，则为0。”

如果我在发布模式下编译此代码它仍然有效，但是如果我启用编译器优化，例如 O1或 O2，则索引不为零且assert()失败。

#include <iostream>
#include <cassert>

using namespace std;

int main()
{
  unsigned long index = 0;
  _BitScanReverse64(&index, 0x0ull);

  cout << index << endl;

  assert(index == 0);

  return 0;
}

这是预期的行为吗？我正在使用Visual Studio Community 2015，版本14.0.25431.01更新3.（我离开了cout，因此在优化期间不会删除变量索引）。还有一个有效的解决方法或我不应该直接使用此编译器内在？

答案

AFAICT，当输入为零时，内在在index中留下垃圾，弱于asm指令的行为。这就是为什么它有一个单独的布尔返回值和整数输出操作数。

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unsigned char _BitScanReverse64 (unsigned __int32* index, unsigned __int64 mask) Intel's intrinsics guide documentation for the same intrinsic似乎比你联系的Microsoft docs更清楚，并且阐明了MS文档试图说的内容。但仔细阅读后，他们似乎都表示同样的事情，并描述了围绕bsr指令的薄包装。

Intel documents the BSR instruction在输入为0时产生“未定义的值”，但在这种情况下设置ZF。但AMD将其记录为保持目的地不变

在当前的英特尔硬件上，实际行为与AMD的文档相符：当src操作数为0时，它会使目标寄存器保持不变。也许这就是为什么MS将其描述为仅在输入非零时设置Index（并且内在的返回值为非零）。

IDK为什么英特尔还没有记录它。也许一个非常古老的x86 CPU（就像原来的386？）以不同的方式实现它？英特尔和AMD经常使用go above and beyond what's documented in the x86 manuals in order to not break existing code (e.g. Windows)，这可能就是这个问题的起源。在这一点上，他们似乎不太可能放弃那个输出依赖，并且实际上是垃圾，或者输入= 0或者是-1或32，但缺少文档会使该选项打开。

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当然，由于MSVC优化了你的index = 0初始化，可能它只使用它想要的任何目标寄存器，不一定是保存C变量的先前值的寄存器。所以即使你想这样做，我也不认为你可以利用dst未修改的行为，即使它在AMD上有所保证。

所以在C ++术语中，内在函数对index没有输入依赖。但是在asm中，指令确实对dst寄存器有输入依赖性，就像add dst, src指令一样。如果编译器不小心，这可能会导致意外的性能问题。

不幸的是，在英特尔硬件上，popcnt / lzcnt / tzcnt asm instructions also have a false dependency on their destination，尽管结果从不依赖于它。编译器现在可以解决这个问题，但是，在使用内在函数时你不必担心它（除非你有一个超过两年的编译器，因为它最近才被发现）。

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您需要检查它以确保index有效，除非您知道输入非零。例如

if(_BitScanReverse64(&idx, input)) {
    // idx is valid.
    // (MS docs say "Index was set")
} else {
    // input was zero, idx holds garbage.
    // (MS docs don't say Index was even set)
    idx = -1;     // might make sense, one lower than the result for bsr(1)
}

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如果你想避免这个额外的检查分支，你可以通过不同的内在函数使用lzcnt instruction，如果你的目标是足够新的硬件（例如Intel Haswell或AMD Bulldozer IIRC）。即使输入全为零，它也“有效”，实际上计数前导零而不是返回最高设置位的索引。