将位向量转换为一位答案

【问题标题】：Convert bit vector to one bit将位向量转换为一位
【发布时间】：2013-11-24 08:38:59
【问题描述】：

对于非零无符号整数值，是否有一种有效的方法来获取 0x00000001 或 0xFFFFFFFF，而对于零而不进行分支获取 0？

我想测试几个掩码并在此基础上创建另一个掩码。基本上，我想优化以下代码：

unsigned getMask(unsigned x, unsigned masks[4])
{
    return (x & masks[0] ? 1 : 0) | (x & masks[1] ? 2 : 0) |
           (x & masks[2] ? 4 : 0) | (x & masks[3] ? 8 : 0);
}

我知道一些优化编译器可以处理这个问题，但即使是这样，他们究竟是如何做到的？我浏览了 Bit twiddling hacks 页面，但发现只有使用布尔条件的条件设置/清除掩码的描述，因此从 int 到 bool 的转换应该在方法。

如果没有通用的方法来解决这个问题，我如何使用 x86 汇编代码有效地解决这个问题？

【问题讨论】：

标签： performance assembly x86 bit-manipulation operations

【解决方案1】：

x86 SSE2 可以在几条指令中完成此操作，最重要的是 movmskps，它将 SIMD 向量的每个 4 字节元素的最高位提取到整数位图中。

Intel's intrinsics guide不错，另见SSE tag wiki

#include <immintrin.h>

static inline
unsigned getMask(unsigned x, unsigned masks[4])
{
    __m128i vx = _mm_set1_epi32(x);
    __m128i vm = _mm_load_si128(masks);    // or loadu if this can inline where masks[] isn't aligned

    __m128i and = _mm_and_si128(vx, vm);

    __m128i eqzero = _mm_cmpeq_epi32(and, _mm_setzero_si128());   // vector of 0 or -1 elems
    unsigned zeromask = _mm_movemask_ps(_mm_castsi128_ps(eqzero));
    return zeromask ^ 0xf;  // flip the low 4 bits
}

在 AVX512 之前，没有 SIMD cmpneq，因此最好的选择是提取掩码后的标量 XOR。（我们只想翻转低 4 位，而不是全部翻转。）

【讨论】：

【解决方案2】：

在 x86 中执行此操作的常用方法是：

test eax, eax
setne al

【讨论】：

但这并不是没有分支的。
我在这里将无分支解释为没有 jmp 指令。 Shifting 和 xor hack 可能会更慢。
谢谢！顺便说一句，你为什么认为它几乎没有分支？ 'setne' 是一个耗时的操作吗？
zf 只是 eflags 寄存器的一部分，就像所有其他寄存器一样。它可能比任何移位加法或异或指令都快。很多 c++ 编译器实际上会发出这种代码。

【解决方案3】：

您可以使用!! to coerce a value to 0 or 1 并像这样重写表达式

return !!(x & masks[0]) | (!!(x & masks[1]) << 1) |
       (!!(x & masks[2]) << 2) | (!!(x & masks[3]) << 3);

【讨论】：