为什么 SSE 有 128 位加载功能？

Question

我正在查看其他人的代码，目前正试图找出_mm_load_si128 存在的原因。

基本上，我尝试替换

_ra = _mm_load_si128(reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]));

与

_ra = *reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]);

它的工作原理和执行完全相同。

我认为对于较小的类型存在加载函数只是为了方便，因此人们不必手动将它们打包到连续内存中，但对于已经按正确顺序的数据，何必呢？

_mm_load_si128 还有其他功能吗？或者它本质上只是一种迂回的赋值方式？

Answer 1

SSE 中有显式和隐式加载。

• _mm_load_si128(reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx])); 是显式加载
• *reinterpret_cast<__m128i*>(&cd->data[idx]); 是隐式加载

通过显式加载，您可以显式指示编译器将数据加载到 XMM 寄存器中——这是英特尔的“官方”方式。您还可以使用_mm_load_si128 或_mm_loadu_si128 来控制负载是对齐负载还是非对齐负载。

虽然作为一个扩展，大多数编译器也可以在你做type-punning的时候自动生成XMM加载，但是这样你就无法控制加载是对齐的还是非对齐的。在这种情况下，由于在现代 CPU 上，当数据对齐时使用未对齐加载不会降低性能，因此编译器倾向于普遍使用未对齐加载。

另一个更重要的方面是隐式加载会违反strict aliasing 规则，这可能会导致未定义的行为。尽管值得一提的是 - 作为扩展的一部分 - 支持 Intel 内在函数的编译器并不倾向于对 XMM 占位符类型（如 __m128、__m128d、__m128i）强制执行严格的别名规则。

不过，我认为显式加载更简洁、更安全。

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为什么编译器不倾向于对 SSE 占位符类型强制执行严格的别名规则？

第一个原因在于 SSE 内在函数的设计：在某些情况下您必须使用类型双关语，因为没有其他方法可以使用某些内在函数。 Mysticial's answer总结的很到位。

正如 Cody Gray 在 cmets 中指出的那样，值得一提的是，历史上 MMX 内在函数（现在大多被 SSE2 取代）甚至没有提供显式加载或存储 - 您必须使用类型双关语。

第二个原因（与第一个有点相关）在于这些类型的类型定义。

GCC 的 typedefs 用于 <xmmintrin.h > 和 <emmintrin.h> 中的 SSE/SSE2 占位符类型：

/* The Intel API is flexible enough that we must allow aliasing with other
   vector types, and their scalar components.  */

typedef float __m128 __attribute__ ((__vector_size__ (16), __may_alias__));    
typedef long long __m128i __attribute__ ((__vector_size__ (16), __may_alias__));
typedef double __m128d __attribute__ ((__vector_size__ (16), __may_alias__));

这里的关键是 __may_alias__ 属性，即使在使用 -fstrict-aliasing 标志启用严格别名时，也可以对这些类型进行类型双关。

现在，由于 clang 和 ICC 与 GCC 兼容，它们应该遵循相同的约定。所以目前，在这 3 个编译器中，即使使用 -fstrict-aliasing 标志，也可以保证隐式加载/存储可以正常工作。最后，MSVC 根本不支持严格的别名，所以这根本不是问题。

不过，这并不意味着您应该更喜欢隐式加载/存储而不是显式加载/存储。