使用英特尔 SSE 执行分支的最佳方式是啥？

Posted 2023-02-16

【中文标题】使用英特尔 SSE 执行分支的最佳方式是啥？

【英文标题】：What is the best way to perform branching using Intel SSE?使用英特尔 SSE 执行分支的最佳方式是什么？

【发布时间】：2012-03-04 19:43:40

【问题描述】：

我正在编写一个编译器，我必须输出用于浮点值分支条件的代码。例如，要编译这种代码：

if(a <= b)
    //1. DO something
 else 
    //2. Do something else

当 a 和 b 是浮点变量时。如果条件不成立，我只需要跳转到 2，否则下降到 1。我正在考虑在编译器级别进行优化，考虑到 1 和 2 中的内容。

我需要适用于所有比较运算符 >、>=、

我发现进行比较的一种方法是使用 CMPLTSD（以及其他关系运算符的其他等效指令）。但是有了这个，我必须使用一个 SSE 寄存器，特别是对于结果，然后我必须将它的值移动到一个通用寄存器（例如 eax）上，最后将这个值与 0 进行比较。

我还看到 UCOMISD 指令应该正确设置标志，但显然它不像我想象的那样工作。

那么，处理这样的代码的最佳方法是什么？有比我的第一个解决方案更好的说明吗？

最好，我的意思是，这个问题的一般解决方案。如果可能的话，我希望代码的行为方式与对整数进行比较（cmp a、b；jge 标签）时的行为方式相同。当然，我更喜欢最快的指令来实现这一点。

【问题讨论】：

最好的方法取决于你在做什么。例如，//DO something 块内是什么？ “最好的方法”往往取决于看全局，而不是试图逐行翻译你的代码。

我在帖子中添加了详细信息以回答您的两个问题。

如果你真的想分支，UCOMISD（实际上是 SSE2）似乎是答案，它有什么问题？无序结果？

UCOMISD的问题是根据比较的结果不知道怎么跳转。我尝试用 jle 跳跃，但没有得到预期的结果。我必须使用特殊的条件跳转指令吗？

【参考方案1】：

ucomisd 的条件代码不对应于有符号整数比较代码，而是对应于无符号比较代码（奇偶校验标志中带有“无序”）。我承认，这有点奇怪，但都清楚地记录在案。 <= 的代码如果你真的想分支可能是这样的：

  ucomisd a,b
  ja else     ; greater
  jp else     ; unordered
  ; code for //1 goes here
  jmp end
else:
  ; code for //2 goes here
end:

对于<：

jae else   ; greater or equal
jp else    ; unordered

如果你真的想要，我可以将它们全部列出，但你可以查看ucomisd 的条件代码并将它们与你需要的跳转匹配。

【讨论】：

这确实很奇怪......但我想我会在文档中得到它。非常感谢。

【参考方案2】：

重要：@harold 的答案几乎完全正确，但有一个微妙的错误方面，可能会在稍后的一个非常重要的边缘情况下让你发疯——NaN 处理与大多数语言（如c++)。

正如@harold 所说，无序比较结果存储在奇偶校验标志中。

然而，无序比较当任何操作数为 NaN 时为真，详见this stack overflow post。这意味着NaN 将小于、等于和大于绝对每个数字包括NaN。

因此，如果您希望您的语言与 c++ 的行为相匹配，即与 NaN 的任何比较都返回 false，您需要：

对于<=：

ucomisd xmm0, xmm1
jbe else_label

对于<：

ucomisd xmm0, xmm1
jb else_label

在下面的gcc反汇编中确认，我return a >= b：

144e:       66 0f 2e c8             ucomisd %xmm0,%xmm1
1452:       0f 93 c0                setae  %al

这里它使用setae，它相当于jae的寄存器修改。然后它立即返回而不检查奇偶校验标志。

对于为什么是ja而不是jg，@harold 的回答仍然是一个清晰正确的解释。

当然，您不必使用有序比较，如果您绝对希望每个数字都小于、大于、和，则可以使用无序比较，如上一个答案所示等于您的程序/语言中的NaN（即使NaN < NaN 也是如此！）。当然，正如您所看到的，它可能会慢一些，因为它需要额外的检查。