如何在 XMM 寄存器之间交换值？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何在 XMM 寄存器之间交换值？

【英文标题】：How to exchange values between XMM registers?

【发布时间】：2013-06-18 05:51:55

【问题描述】：

是否有一个或两个用于在 XMM 寄存器之间交换值的 x86 指令；类似于 XCHG 指令？不能使用内存、临时寄存器或 XOR 副本。

【问题讨论】：

XOR 交换的算术版本呢？但是为什么你什么都不能用呢？

How do you move 128-bit values between XMM registers?的可能重复

@BrettHale 他必须为此使用暂存器

如果您考虑一下，要使 xchg 工作，它必须首先在某处使用偷偷摸摸的寄存器或内存位置来交换值。如果你可以“什么都不用”，那么只有 xor 会这样做。看起来他们从未为 xmm 寄存器集提供此功能

@ady 完全没有意义，xchg 的问题在于，如果它有一个内存操作数，它就有一个隐式锁。这不是交换的固有问题。两个 xmm 寄存器之间的交换会很好。他们甚至可以通过寄存器重命名来实现它，使其成为 0 延迟（他们为fxch 这样做，所以为什么不这样做）。我怀疑它不存在的原因是它没有足够的必要——你可以只使用一个临时寄存器..

【参考方案1】：

这是arithmetic swap 的完全未经测试的代码：

vpsubd xmm0, xmm1
vpaddd xmm1, xmm0
vpsubd xmm0, xmm1, xmm0

与 xor 不同，减法不是可交换的，因此您最终会遇到不幸的最后一行，如果没有 avx，您将无法真正做到（嗯，您可以，但是使用暂存器，然后您最好使用移动)。

在大多数处理器上使用暂存寄存器会更快（我想 P4 除外，但没人关心 P4，对吧？）。在较旧的处理器上，因为前两个移动可以并行执行，在最新的处理器上，因为它们在前端处理 xmm reg-reg 移动，使用寄存器重命名。寄存器重命名和纯粹用重命名处理指令都不是新技巧，自从 Pentium Pro 和fxch 开始使用重命名时，通常使用重命名来实现。使用寄存器重命名实现 xmm reg-reg 移动是一个相当新的技巧，它在 Ivy Bridge、Haswell、Bulldozer 和 Piledriver 中使用。

通常，您可以通过将循环展开 2 来摆脱循环中的交换。不在循环中的交换很少需要，更不会成为瓶颈。

【参考方案2】：

xchg 操作的真正价值在于它在同步原语、自旋锁等中的使用。由于其隐含的lock 前缀，它可能会造成严重的惩罚。当然没有人会使用 SSE 实现同步原语，但是交换有什么优点吗？有时它可能有用，但在 32 位模式下有 8 个 SSE 寄存器，在 64 位模式下有 16 个，为什么不简单地使用 SSE 暂存寄存器？我不知道是否有任何 x86-64 处理器在其 SIMD 单元中使用寄存器重命名等（以消除错误的依赖关系）。

您已经排除了使用 xorps（或 _mm_xor_ps 内在函数）的可能性，这在现代处理器上通常是一个无用的技巧 - 当然对于通用寄存器，您已经排除了内存的使用。恐怕你所有的可能性都用尽了。总结一下：没有。

【讨论】：

只有当操作数之一是内存位置时才会发生隐式锁定。

【参考方案3】：

使用PXOR指令是在XMM寄存器之间交换内容的最短、最快的方式。此代码在 xmm0 和 xmm1 之间交换内容。

  pxor  xmm0, xmm1
  pxor  xmm1, xmm0
  pxor  xmm0, xmm1

那么，哪里可以看出问题呢？