“&”与“&&”表达式的C++编译标准？

Question

我有一个核心函数评估 4 次以上的简单算术比较以返回布尔值。这将在一个非常大的循环中被调用 O(N^2) 次，基于返回的单个条件分支。

如果函数写成：

    return x < y && g < h && m < n && q < r;

与使用“&”的 0 相比，它会生成 3 个条件分支吗？此代码将公开发布，因此可以在具有许多不同编译器实现的许多不同平台上编译。

虽然单个实现可能足够聪明以优化短路，但是否将类似的内容写入标准（c++11、14、17 或 20）？只使用“&”会不会更“安全”？

Answer 1

我提供了 4 个代码示例，在 Godbolt 上有一些注意事项。

• 无副作用
• 琐碎的类型

#include <stdint.h>
#include <xmmintrin.h>

bool Test1(int x, int y, int g, int h, int m, int n, int q, int r) {
  return x < y && g < h && m < n && q < r;
}
bool Test2(int x, int y, int g, int h, int m, int n, int q, int r) {
  const bool a = x < y && g < h;
  const bool b = m < n && q < r;
  return a && b;
}
bool TestSIMD(__m128i v1, __m128i v2) {
  __m128i vcmp = _mm_cmplt_epi32(v1, v2);
  uint16_t mask = _mm_movemask_epi8(vcmp);
  return (mask == 0xffff);
}
bool Test4(int x, int y, int g, int h, int m, int n, int q, int r) {
  return x < y & g < h & m < n & q < r;
}

编译成

Test1(int, int, int, int, int, int, int, int):
        cmp     edi, esi
        setl    al
        cmp     edx, ecx
        setl    dl
        and     al, dl
        je      .L1
        cmp     r8d, r9d
        mov     ecx, DWORD PTR [rsp+16]
        setl    al
        cmp     DWORD PTR [rsp+8], ecx
        setl    dl
        and     eax, edx
.L1:
        ret
Test2(int, int, int, int, int, int, int, int):
        cmp     r8d, r9d
        mov     r10d, DWORD PTR [rsp+16]
        setl    al
        cmp     DWORD PTR [rsp+8], r10d
        setl    r8b
        and     eax, r8d
        cmp     edx, ecx
        setl    dl
        and     eax, edx
        cmp     edi, esi
        setl    dl
        and     eax, edx
        ret
TestSIMD(long long __vector(2), long long __vector(2)):
        vpcmpgtd        xmm1, xmm1, xmm0
        vpmovmskb       eax, xmm1
        cmp     ax, -1
        sete    al
        ret
Test4(int, int, int, int, int, int, int, int):
        cmp     r8d, r9d
        mov     r10d, DWORD PTR [rsp+16]
        setl    al
        cmp     DWORD PTR [rsp+8], r10d
        setl    r8b
        and     eax, r8d
        cmp     edx, ecx
        setl    dl
        and     eax, edx
        cmp     edi, esi
        setl    dl
        and     eax, edx
        ret

循环时间是近似的，因为我没有费心分析每条指令。

• 第一种情况有条件分支，如果每次都没有正确预测分支，可以是bad。取 2（正确预测及早输出）、3、4 或 2+12（分支错误预测）。由于数据微不足道且没有副作用，因此编译器会随意短路。
• 第二种情况没有分支，但与第一种情况一样需要 3 或 4 个周期。但是每次的执行时间应该是一样的。
• SIMD 解决方案需要 4 个周期，由于数据依赖性，没有分支。但是使用的流水线要少得多，因此可以与更多指令重叠。此外，数据必须可加载到寄存器中或已经存在于寄存器中，这至少需要一个额外的周期。
• & 解决方案也需要 4 个周期，但也使用 13 条指令。

因此，如果这与您的问题很接近，请使用 SIMD，如果您可以在您的平台上使用最快的 Test2 和 Test4。