条件表达式的 SSE 指令序列

Question

至少有2种表达方式，

a ? b : c

假设 true 全部开启 (0xff...)，false 全部关闭 (0)。

第一个是，

(a & b) | (~a & c)

第二个是，

(a & (b ^ c)) ^ c

SSE 指令的相关序列分别是，

andxx
andnxx
orxx

和

xorxx
andxx
xorxx

您更喜欢哪种方式，为什么？

Answer 1

我最终都使用了。它们有不同的优势。

typedef __m128 p4f_t;

static inline p4f_t p4f_if(p4f_t a, p4f_t b, p4f_t c) {
    return p4f_or(p4f_and(a, b), p4f_andn(a, c));
}

static inline p4f_t p4f_if2(p4f_t a, p4f_t b, p4f_t c) {
    return p4f_xor(p4f_and(a, p4f_xor(b, c)), c);
}

我在最后发布了包装器代码。下面的negif 和negif2 在做同样的工作时会产生不同的目标代码。

static inline p4f_t p4f_neg(p4f_t a) {
    p4f_t mask = p4f_fill_bitCopy(0x80000000);
    return p4f_xor(a, mask);
}

p4f_t negif(p4f_t a, p4f_t b) {
    return p4f_if(b, p4f_neg(a), a);
}

p4f_t negif2(p4f_t a, p4f_t b) {
    return p4f_if2(b, p4f_neg(a), a);
}

这是反汇编。

<negif>:
movaps xmm3,XMMWORD PTR .LC0[rip]
movaps xmm2,xmm1
andnps xmm2,xmm0
xorps  xmm3,xmm0
andps  xmm1,xmm3
orps   xmm1,xmm2
movaps xmm0,xmm1
ret

<negif2>:
andps  xmm1,XMMWORD PTR .LC0[rip]
xorps  xmm0,xmm1
ret

为什么negif2 优化得更好？

neg(a) = xor(a, mask)
if2(a, b, c) = xor(and(a, xor(b, c)), c)
negif2(a, b) = if2(b, neg(a), a)
             = xor(and(b, xor(neg(a), a)), a)
             = xor(and(b, xor(xor(a, mask), a)), a)
             = xor(and(b, mask), a)

negif2 可以通过简单的替换来简化，而negif 不能，因此至少当前版本的 gcc 无法正确优化 negif。

然而，正如 @RaymondChen 和 @chtz 在 cmets 中提到的，and 和 andn 在第一个 if 中没有相互依赖关系；它们可以并行运行，因此在其他情况下，p4f_if 应该是 p4f_if2 的选择。

这是包装代码。

static inline p4f_t p4f_fill(float a) {
    return _mm_set1_ps(a);
}

static inline p4f_t p4f_fill_bitCopy(uint32_t a) {
    float a_;
    memcpy(&a_, &a, sizeof(a));
    return p4f_fill(a_);
}

static inline p4f_t p4f_and(p4f_t a, p4f_t b) {
    return _mm_and_ps(a, b);
}

static inline p4f_t p4f_andn(p4f_t a, p4f_t b) {
    return _mm_andnot_ps(a, b);
}

static inline p4f_t p4f_or(p4f_t a, p4f_t b) {
    return _mm_or_ps(a, b);
}

static inline p4f_t p4f_xor(p4f_t a, p4f_t b) {
    return _mm_xor_ps(a, b);
}