Rust 获取 SIMD 向量中真实字节的索引

Posted 2023-02-16

【中文标题】Rust 获取 SIMD 向量中真实字节的索引

【英文标题】：Rust get index of true bytes in SIMD vector

【发布时间】：2018-04-10 17:53:56

【问题描述】：

我想比较两个 16 字节的向量并获取每个匹配的索引。一个小例子来说明我想要什么：

fn get_matching_idx(arr1: &[u8], arr2: &[u8]) 
    let vec1 = u8x16::load_aligned(arr1);    
    let vec2 = u8x16::load_aligned(arr2);
    let matches = vec1.eq(vec2);
    for i in 0..16 
        if matches.extract_unchecked(i) 
            // Do something with the index
        
    

理想情况下，我只想为设置的索引“做点什么”，而不是检查每一个（匹配的数量会很少）。

有没有办法使用内在函数获取匹配索引，而不是遍历整个向量？以 gcc 为例，我可以使用 _mm_movemask_epi8 对向量进行位打包，然后重复应用 __builtin_clz 以获取第一个设置位的索引（这对于我将拥有的稀疏数字更有效）。或者，我可以有一个查找表，它为我的位压缩整数中的每个半字节做正确的事情（例如，第一个答案 here）。

rust 中是否有与这些指令等效的指令？

我正在为 Intel x86-64 处理器编译，不需要跨平台支持。

注意：我更喜欢原生（安全）生锈的解决方案，但这不是硬性要求。我可以很好地编写不安全的 rust，甚至可以使用某种 FFI 链接到上述方法。

【问题讨论】：

你可以在 Rust 中通过std::arch 使用相同的内在函数：doc.rust-lang.org/nightly/core/arch/x86_64/… --- 请注意，这是一个仅在夜间使用的 API，但计划很快就会稳定下来。如果您需要在稳定的 Rust 上执行此操作，那么最简单的方法可能是在 C 中纠正您的 SIMD 例程。

【参考方案1】：

std::arch 包含一组详尽的内在操作。这可以使用core::arch 和std::simd 来完成，如下所示：

use std::arch::x86_64::self, __m128i;
use std::simd::u8x16, FromBits;

unsafe fn get_matching_idx(arr1: &[u8], arr2: &[u8]) -> u32 
    let vec1 = __m128i::from_bits(u8x16::load_aligned_unchecked(arr1));
    let vec2 = __m128i::from_bits(u8x16::load_aligned_unchecked(arr2));
    return x86_64::_mm_movemask_epi8(x86_64::_mm_cmpeq_epi8(vec1, vec2)) as u32;


fn main() 
    // let arr1 = ...
    // let arr2 = ...

    unsafe 
        let mut mask = get_matching_idx(arr1, arr2);
    
    let mut delta_i = 0;
    // This assumes a little endian machine (note it counts trailing 0s)
    while group_mask > 0 
        let tz = x86_64::_mm_tzcnt_32(mask);
        let i = tz + delta_i;
        // Do something...
        group_mask >>= tz + 1;
        delta_i += tz + 1;
    

【讨论】：

为什么是core::arch 而不是std::arch？另外，为什么是_mm_tzcount_32 而不是u32::trailing_zeroes？

看起来 _mmtzcount_32 只是调用汇编指令 tzcntl 而 u32::trailing_zeros 做得更多（但如果我错了，请随时纠正我）：play.rust-lang.org/…

更新为使用 std::arch

trailing_zeros 有一个 0 参数的检查；我不确定 0 参数的内在行为，我的经验是 gcc 内在函数在这方面指定 0 参数会导致未定义的行为。

@MatthieuM。 _mm_tzcnt_32（通过与tzcnt 指令等效）为零输入定义。 GCC 内置可能未指定为 0，因此它可以使用中断为 0 的指令（序列），例如最简单的 bsf 用法（当输入为零时不会写入其目的地）