clang-cl 和 arch:avx2 是否存在兼容性问题？

Question

我使用的是 Windows 10、Visual Studio 2019、平台：x64，并且在单文件 Visual Studio 解决方案中有以下测试脚本：

#include <iostream>
#include <intrin.h>
using namespace std;

int main() {
    unsigned __int64 mask = 0x0fffffffffffffff; //1152921504606846975;
    unsigned long index;

    _BitScanReverse64(&index, mask);
    if (index != 59) {
        cout << "Fails!" << endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }
    else {
        cout << "Success!" << endl;
        return EXIT_SUCCESS;
    }
}

在我的属性解决方案中，我将“启用增强指令集”设置为“高级矢量扩展 2 (/arch:AVX2)”。 使用 msvc 编译时（将“平台工具集”设置为“Visual Studio 2019 (v142)”），代码返回 EXIT_SUCCESS，但是使用 clang-cl 编译时（将“平台工具集”设置为“LLVM (clang-cl)”）我得到了EXIT_FAILURE。在调试 clang-cl 运行时，index 的值是 4，应该是 59。这表明 clang-cl 正在读取 MSVC 的相反方向的位。

当我将“启用增强指令集”设置为“未设置”时，情况并非如此。在这种情况下，MSVC 和 clang-cl 都返回 EXIT_SUCCESS。

在所有情况下，所有 dll 都已加载并显示在“调试输出”窗口中来自 C:\Windows\System32###.dll。

有人理解这种行为吗？如果有任何见解，我将不胜感激。

编辑：我之前没有提到：我用 IntelCore i7-3930K CPU @3.20GHz 编译了这个。

Answer 1

得到 4 而不是 59 听起来像是 clang 将 _BitScanReverse64 实现为 63 - lzcnt。实际的bsr 在 AMD 上很慢，所以是的，编译器想要编译不同指令固有的 BSR 是有原因的。

但是您在实际上不支持 BMI 的计算机上运行可执行文件，因此 lzcnt 解码为 rep bsr = bsr，给出前导零计数而不是位- 最高设置位的索引。

AFAIK，所有具有 AVX2 的 CPU 也具有 BMI。如果您的 CPU 没有这个功能，您不应该期望使用 /arch:AVX2 构建的可执行文件能够在您的 CPU 上正确运行。在这种情况下，故障模式不是非法指令，而是 lzcnt 以 bsr 运行。

MSVC 通常不会优化内在函数，显然包括这种情况，所以它只是直接使用bsr。

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更新：i7-3930K 是 SandyBridge-E。它没有 AVX2，因此可以解释您的结果。

当您告诉它在非 AVX2 计算机上构建 AVX2 可执行文件时，clang-cl 不会出错。其用例是在一台机器上编译以创建可执行文件以在不同机器上运行。

它也不会为您将 CPUID 检查代码添加到您的可执行文件中。如果您愿意，请自己编写。这是 C++，它不会牵你的手。

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目标 CPU 选项

MSVC 风格的/arch 选项比普通的 GCC/clang 风格更受限制。 SSE4.1 等不同级别的 SSE 都没有；它直接跳转到 AVX。

此外，/arch:AVX2 显然意味着 BMI1/2，即使它们是具有不同 CPUID 功能位的不同指令集。例如，在内核代码中，您可能需要整数 BMI 指令，而不是涉及 XMM/YMM 寄存器的 SIMD 指令。

clang -O3 -mavx2不会也启用-mbmi。你通常会想要这样，但如果你也没有启用 BMI，那么使用bsr 会卡住clang。 （对于英特尔 CPU，这实际上比 63-lzcnt 更好）。我认为 MSVC 的 /arch:AVX2 类似于 -march=haswell，如果它也启用 FMA 指令的话。

MSVC 中没有任何支持优化二进制文件以在您构建它们的计算机上运行。这是有道理的，它是为软件开发的闭源二进制分发模型而设计的。

但 GCC 和 clang 有 -march=native 来启用您的计算机支持的所有指令集。同样重要的是，设置适合您计算机的 调整 选项。例如不用担心在 AMD CPU 或旧版 Intel 上编写代码会很慢，只需编写适合 您的 CPU 的 asm。

TL:DR：clang-cl 中的 CPU 选择选项非常粗略，将非 SIMD 扩展与某种级别的 AVX 混为一谈。这就是为什么 /arch:AVX2 启用整数 BMI 扩展，而 clang -mavx2 没有。