GCC -msse2 不生成 SIMD 代码

Posted 2023-02-16

【中文标题】GCC -msse2 不生成 SIMD 代码

【英文标题】：GCC -msse2 does not generate SIMD code

【发布时间】：2015-01-30 12:01:05

【问题描述】：

我想弄清楚为什么 g++ 不生成 SIMD 代码。

信息 GCC/操作系统/CPU：

$ gcc -v
gcc version 4.8.2 (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1)

$ cat /proc/cpuinfo
...
model name  : Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU     P8600  @ 2.40GHz
... 

这是我的 C++ 代码：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

//function that fills an array with random numbers
template<class T>
void fillArray(T *array, int n)
    srand(1);
    for (int i = 0; i < n; i++) 
        array[i] = (float) (rand() % 10);
    

// function that computes the dotprod of two vectors (loop unrolled)
float dotCPP(float *src1, float *src2, int n)
    float dest = 0;
    for (int i = 0; i < n; i+=2) 
        dest += (src1[i] * src2[i]) + (src1[i+1] * src2[i+1]);                
    
    return dest;


int main(int argc, char *argv[])


    const int n = 1200000;           
    float *a = new float[n];   //allocate data on the heap
    float something_else;      //store result
    fillArray<float>(a,n);     //function that fills the array with random numbers
    something_else = dotCPP(a, a, n);  //call function and store return value

    return 0;
  

我用以下代码编译代码：

makefile:
CXX = g++
CXXFLGS = -g -Wall -std=c++11 -msse2 -O3
SRC = main.o dot.o 
EXEC = dot

$(EXEC): $(SRC)
    $(CXX) $(CXXFLGS) $(SRC) -o $(EXEC)
main.o: dot.cpp
    $(CXX) $(CXXFLGS) -c dot.cpp -o main.o

并使用 gdb 检查生成的代码：

$gdb dot
... 
(gdb) b dotCPP
(gdb) r
...
(gdb) disass
Dump of assembler code for function dotCPP(float*, float*, int):
=> 0x08048950 <+0>:     push   %ebx
   0x08048951 <+1>:     mov    0x10(%esp),%ebx
   0x08048955 <+5>:     mov    0x8(%esp),%edx
   0x08048959 <+9>:     mov    0xc(%esp),%ecx
   0x0804895d <+13>:    test   %ebx,%ebx
   0x0804895f <+15>:    jle    0x8048983 <dotCPP(float*, float*, int)+51>
   0x08048961 <+17>:    xor    %eax,%eax
   0x08048963 <+19>:    fldz   
   0x08048965 <+21>:    lea    0x0(%esi),%esi
   0x08048968 <+24>:    flds   (%edx,%eax,4)
   0x0804896b <+27>:    fmuls  (%ecx,%eax,4)
   0x0804896e <+30>:    flds   0x4(%edx,%eax,4)
   0x08048972 <+34>:    fmuls  0x4(%ecx,%eax,4)
   0x08048976 <+38>:    add    $0x2,%eax
   0x08048979 <+41>:    cmp    %eax,%ebx
   0x0804897b <+43>:    faddp  %st,%st(1)
   0x0804897d <+45>:    faddp  %st,%st(1)
   0x0804897f <+47>:    jg     0x8048968 <dotCPP(float*, float*, int)+24>
   0x08048981 <+49>:    pop    %ebx
   0x08048982 <+50>:    ret    
   0x08048983 <+51>:    fldz   
   0x08048985 <+53>:    pop    %ebx
   0x08048986 <+54>:    ret    
End of assembler dump.

现在是我遗漏了什么还是 gcc 应该使用 xmm 寄存器？

如果有任何建议可以帮助我理解为什么 gcc 不生成使用 xmm 寄存器的代码，我将不胜感激。

如果您需要更多信息，请告诉我。

【问题讨论】：

尝试摆脱 dotCPP 中的手动循环展开 - 使标量代码尽可能简单可能有助于编译器发现 SIMD 优化的潜力。尽管如此，编译器仍然不太擅长 SIMD 优化，因此如果这确实对性能至关重要，您可能不得不求助于使用 SSE 内在函数。

我遇到了同样的问题。如果我没记错的话，我必须将 -march=native（或类似的 -march 选项）与 -msse2 一起使用来解决这个问题。

FWIW 我刚刚使用 clang 尝试了上述代码，即使使用 -m32 -msse2 编译，它也会为 dotCPP 生成 SSE 指令，因此您可能需要考虑使用 clang 而不是 gcc。

@Paul：我确实尝试过未展开的循环。结果相同。嗯，我有一段时间没有与clang共情了。不过谢谢，我会试试看。

尝试：-march=core2 并添加：-mfpmath=sse

【参考方案1】：

-march=core2 表示 gcc 可以假设（连同 64 位 ISA）高达 SSSE3（例如，MMX、SSE、SSE2、SSE3）可用。

-mfpmath=sse 然后可以强制使用 SSE 进行浮点运算（64 位模式下的默认值），而不是 387（32 位-m32 模式下的默认值）。

请参阅：手册页中的“Intel 386 和 AMD x86-64 选项”部分。

不幸的是，您仍然有 32 位模式和 32 位 ABI 的限制。例如，只有寄存器 XMM0 .. XMM7 可用； XMM8 .. XMM15 仅在 64 位模式下可用。