如何使用128位C變量和xmm 128位asm？

Question

在gcc中，我想通過asm代碼做一個帶有2個C變量的128位xor：怎麼樣？

asm (
    "movdqa %1, %%xmm1;" 
    "movdqa %0, %%xmm0;" 
    "pxor %%xmm1,%%xmm0;" 
    "movdqa %%xmm0, %0;" 

    :"=x"(buff) /* output operand */ 
    :"x"(bu), "x"(buff) 
    :"%xmm0","%xmm1" 
    ); 

但我有一個分段錯誤; 這是objdump的輸出：

movq -0x80(%rbp),%xmm2 

movq -0x88(%rbp),%xmm3 

movdqa %xmm2,%xmm1 

movdqa %xmm2,%xmm0 

pxor %xmm1,%xmm0 

movdqa %xmm0,%xmm2 

movq %xmm2,-0x78(%rbp) 

Answer 1

嗯，爲什麼不使用__builtin_ia32_pxor內在？

Answer 2

如果變量不是16字節對齊的，你會看到段錯誤問題。 The CPU can't MOVDQA to/from unaligned memory addresses，並且會生成處理器級別的「GP異常」，提示操作系統對您的應用進行段錯誤檢測。

您聲明（堆棧，全局）或堆上分配的C變量通常不與16字節的邊界對齊，但有時候偶爾會得到一個對齊的變量。您可以通過使用__m128或__m128i數據類型來指示編譯器確保正確對齊。其中每個都聲明一個正確對齊的128位值。

此外，讀取objdump時，它看起來像編譯器用代碼包裝asm序列，使用MOVQ指令將操作數從堆棧複製到xmm2和xmm3寄存器，然後將您的asm代碼複製到xmm0和xmm1。在進入xmm0之後，包裝器將結果複製到xmm2，然後將其複製回堆棧。總的來說，效率不是很高。 MOVQ一次複製8個字節，and expects (under some circumstances), an 8-byte aligned address。獲取未對齊的地址，它可能會像MOVDQA一樣失敗。但是，包裝器代碼會向BP寄存器添加一個對齊的偏移量（-0x80，-0x88和之後的-0x78），該寄存器可能包含或不包含對齊的值。總的來說，在生成的代碼中沒有對齊的保證。

下保證了參數和結果被存儲在正確對準的存儲器位置，並且似乎很好地工作：

#include <stdio.h> 
#include <emmintrin.h> 

void print128(__m128i value) { 
    int64_t *v64 = (int64_t*) &value; 
    printf("%.16llx %.16llx\n", v64[1], v64[0]); 
} 

void main() { 
    __m128i a = _mm_setr_epi32(0x00ffff00, 0x00ffff00, 0x00ffff00, 0x10ffff00), /* low dword first! */ 
      b = _mm_setr_epi32(0x0000ffff, 0x0000ffff, 0x0000ffff, 0x0000ffff), 
      x; 

    asm (
     "movdqa %1, %%xmm0;"  /* xmm0 <- a */ 
     "movdqa %2, %%xmm1;"  /* xmm1 <- b */ 
     "pxor %%xmm1, %%xmm0;" /* xmm0 <- xmm0 xor xmm1 */ 
     "movdqa %%xmm0, %0;"  /* x <- xmm0 */ 

     :"=x"(x)   /* output operand, %0 */ 
     :"x"(a), "x"(b) /* input operands, %1, %2 */ 
     :"%xmm0","%xmm1" /* clobbered registers */ 
    ); 

    /* printf the arguments and result as 2 64-bit hex values */ 
    print128(a); 
    print128(b); 
    print128(x); 
} 

編譯（GCC，ubuntu的32位）

gcc -msse2 -o app app.c 

輸出：

10ffff0000ffff00 00ffff0000ffff00 
0000ffff0000ffff 0000ffff0000ffff 
10ff00ff00ff00ff 00ff00ff00ff00ff 

在上面的代碼中，_mm_setr_epi32用於初始化a和b 128位值，因爲編譯器可能不支持128整數文字。

print128寫出128位整數的十六進制表示，因爲printf可能無法這樣做。

---

以下內容較短，避免了一些重複複製。編譯器會將其隱藏的包裝MOVDQA的使PXOR％2，％0您無需加載在自己的寄存器神奇的工作：

#include <stdio.h> 
#include <emmintrin.h> 

void print128(__m128i value) { 
    int64_t *px = (int64_t*) &value; 
    printf("%.16llx %.16llx\n", px[1], px[0]); 
} 

void main() { 
    __m128i a = _mm_setr_epi32(0x00ffff00, 0x00ffff00, 0x00ffff00, 0x10ffff00), 
      b = _mm_setr_epi32(0x0000ffff, 0x0000ffff, 0x0000ffff, 0x0000ffff); 

    asm (
     "pxor %2, %0;" /* a <- b xor a */ 

     :"=x"(a)   /* output operand, %0 */ 
     :"x"(a), "x"(b) /* input operands, %1, %2 */ 
     ); 

    print128(a); 
} 

像以前一樣編譯：

gcc -msse2 -o app app.c 

輸出：

10ff00ff00ff00ff 00ff00ff00ff00ff 

---

另外，如果你想避免的內聯彙編，你可以使用SSE intrinsics instead（PDF）。這些內聯函數/宏使用類C語法封裝MMX/SSE指令。 _mm_xor_si128降低你的任務是單一的呼叫：

#include <stdio.h> 
#include <emmintrin.h> 

void print128(__m128i value) { 
    int64_t *v64 = (int64_t*) &value; 
    printf("%.16llx %.16llx\n", v64[1], v64[0]); 
} 

void main() 
{ 
    __m128i x = _mm_xor_si128(
     _mm_setr_epi32(0x00ffff00, 0x00ffff00, 0x00ffff00, 0x10ffff00), /* low dword first !*/ 
     _mm_setr_epi32(0x0000ffff, 0x0000ffff, 0x0000ffff, 0x0000ffff)); 

    print128(x); 
} 

編譯：

gcc -msse2 -o app app.c 

輸出：

10ff00ff00ff00ff 00ff00ff00ff00ff 

Answer 3

在最新型號的海灣合作委員會（我的是4.5.5）選項-O2或以上意味着-fstrict-aliasing這導致上面給出的代碼投訴：

supersuds.cpp:31: warning: dereferencing pointer ‘v64’ does break strict-aliasing rules 
supersuds.cpp:30: note: initialized from here 

這可以通過提供額外的類型屬性如下來補救：

typedef int64_t __attribute__((__may_alias__)) alias_int64_t; 
void print128(__m128i value) { 
    alias_int64_t *v64 = (int64_t*) &value; 
    printf("%.16lx %.16lx\n", v64[1], v64[0]); 
} 

我首先直接試圖屬性而不的typedef。它被接受了，但我仍然得到了警告。 typedef似乎是魔術中必不可少的一部分。

順便說一句，這是我的第二個答案在這裏，我仍然討厭我不知道我被允許編輯的地方的事實，所以我無法發佈它在它屬於哪裏。

還有一點，在AMD64下，％llx格式說明符需要更改爲％lx。