g++ -O2 错误地优化了 SIMD 变量分配

Question

我正在使用英特尔 AVX2 指令编写程序。我在我的程序中发现了一个错误，它只出现在优化级别 -O2 或更高级别（使用 -O1 很好）。经过大量调试后，我缩小了错误区域。现在该错误似乎是由于编译器错误地优化了 __m256i 变量的简单复制分配造成的。

考虑以下代码 sn-p。 Foo 是一个模板函数。我用CMP = kLess, OPT=kSet 测试。我知道优化器可能会优化开关。它甚至可以优化变量y。

有问题的线路是y = m_lt;。当使用 -O2 编译时，这行似乎被忽略了。然后y 没有得到正确的值，程序生成错误的结果。但是，使用 -O1 时程序是正确的。

为了验证我的判断，我将y = m_lt; 替换为两个备选方案：

y = avx_or(m_lt, avx_zero()); 对 m_lt 和一个全 0 的向量进行按位或运算

y = _mm256_load_si256(&m_lt);使用SIMD加载指令从m_lt的地址加载数据。

两者在语义上都应该等同于y = m_lt; 我的意图是通过添加一些功能来防止一些优化。该程序在所有优化级别下都可以正确使用这两个替换。所以问题很奇怪。据我所知，直接分配 SIMD 变量绝对没问题（我以前用过很多）。会不会是编译器的问题？

typedef __m256i AvxUnit;

template <Comparator CMP, Bitwise OPT>
void Foo(){
    AvxUnit m_lt;
    //...

assert(!avx_iszero(m_lt));   //always pass

AvxUnit y;

switch(CMP){
    case Comparator::kEqual:
        y = m_eq;
        break;
    case Comparator::kInequal:
        y = avx_not(m_eq);
        break;
    case Comparator::kLess:
        y = m_lt;   //**********Bug?*************
        //y = avx_or(m_lt, avx_zero());   //Replace with this line is good.
        //y = _mm256_load_si256(&m_lt);   //Replace with this line is good too.
        break;
    case Comparator::kGreater:
        y = m_gt;
        break;
    case Comparator::kLessEqual:
        y = avx_or(m_lt, m_eq);
        break;
    case Comparator::kGreaterEqual:
        y = avx_or(m_gt, m_eq);
        break;
}

switch(OPT){
    case Bitwise::kSet:
        break;
    case Bitwise::kAnd:
        y = avx_and(y, bvblock->GetAvxUnit(bv_word_id));
        break;
    case Bitwise::kOr:
        y = avx_or(y, bvblock->GetAvxUnit(bv_word_id));
        break;
}

assert(!avx_iszero(y));   //pass with -O1, fail with -O2 or higher

bvblock->SetAvxUnit(y, bv_word_id);
//...
}

Answer 1

编译器放弃赋值的原因可能是它认为那行代码是dead code。所以你的CMP 不太可能是Comparator::kLess。

您尝试作为解决方法的分配可以使用__asm__ volatile 语句实现，并且它们无法优化。

将m_lt 声明为 volatile 可能不会对您的性能产​​生很大影响，但修复它是一种肮脏的技巧。我会更多地查看CMP 变量，看看它是否也可以采用kLess 值。