SSE2 有符号整数溢出是否未定义？

Question

有符号整数溢出在 C 和 C++ 中未定义。但是__m128i 的各个字段中的有符号整数溢出呢？换句话说，这种行为是否在英特尔标准中定义？

#include <inttypes.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <emmintrin.h>

union SSE2
{
    __m128i m_vector;
    uint32_t m_dwords[sizeof(__m128i) / sizeof(uint32_t)];
};

int main()
{
    union SSE2 reg = {_mm_set_epi32(INT32_MAX, INT32_MAX, INT32_MAX, INT32_MAX)};
    reg.m_vector = _mm_add_epi32(reg.m_vector, _mm_set_epi32(1, 1, 1, 1));

    printf("%08" PRIX32 "\n", (uint32_t) reg.m_dwords[0]);
    return 0;
}

[myria@polaris tests]$ gcc -m64 -msse2 -std=c11 -O3 sse2defined.c -o sse2defined
[myria@polaris tests]$ ./sse2defined
80000000

请注意，SSE2 __m128i 的 4 字节大小的字段被视为已签名。

Answer 1

这个问题大约有三点错误（不是以“你缺乏理解”的方式投票，而是以“你缺乏理解”的方式......这就是我猜你来这里的原因）。

1) 您询问的是特定的实施问题（使用 SSE2）而不是标准。您已经回答了自己的问题“有符号整数溢出在 C 中未定义”。

2) 当您处理 c 内在函数时，您甚至都不是在用 C 编程！这些是在行中插入汇编指令。它以某种可移植的方式进行，但您的数据不再是有符号整数。它是传递给 SSE 内在函数的向量类型。然后，您将其转换为整数并告诉 C 您希望查看该操作的结果。 转换时发生的任何字节都是您将看到的，与 C 标准中的有符号算术无关。

3) 只有两个错误的假设。我对错误的数量做了一个假设，结果是错误的。

如果编译器插入 SSE 指令（比如在循环中），情况会有所不同。现在编译器保证结果与带符号的 32 位操作相同......除非存在未定义的行为（例如溢出），在这种情况下它可以做任何它喜欢的事情。

还请注意，未定义并不意味着意外......无论您观察到的自动矢量化行为可能是一致且可重复的（也许它确实总是包裹在您的机器上......这可能并非适用于所有情况代码或所有编译器。或者，如果编译器根据 SSSE3、SSE4 或 AVX* 的可用性选择不同的指令，如果它为不同的指令集选择不同的代码生成选择，则可能甚至不是所有处理器。签名溢出的优势是 UB）。

编辑：

好的，现在我们正在询问“英特尔标准”（不存在，我认为您的意思是 x86 标准），我可以在答案中添加一些内容。事情有点复杂。

首先，内部 _mm_add_epi32 由 Microsoft 定义，以匹配 Intel 的内部 API 定义（https://software.intel.com/sites/landingpage/IntrinsicsGuide/ 和 Intel x86 汇编手册中的内部注释）。他们巧妙地将其定义为对 __m128i 执行与 x86 PADDD 指令对 XMM 寄存器执行相同的操作，没有更多讨论（例如，它是 ARM 上的编译错误还是应该被模拟？）。

其次，PADDD 不仅仅是一个签名添加！它是一个 32 位二进制加法。 x86 对有符号整数使用二进制补码，添加它们与无符号基数 2 的二进制运算相同。所以是的，paddd 保证可以换行。所有x86指令都有一个很好的参考here。

那是什么意思：同样，您问题中的假设是有缺陷的，因为甚至没有任何溢出。所以你看到的输出应该是定义的行为。请注意，它是由 Microsoft 和 x86（不是 C 标准）定义的。

其他 x86 编译器也以相同的方式实现 Intel 的内部 API，因此 _mm_add_epi32 可移植地保证只是包装。

Answer 2

这不是“__m128i 的字段中的有符号整数溢出”。这是一个函数调用。 （作为编译器内在函数只是一种优化，很像内联，只要遵守 as-if 规则，它就不会与 C 标准交互）

它的行为必须遵循函数开发者记录的契约（前置条件、后置条件）。通常内部函数由编译器供应商记录，尽管它们倾向于协调内部函数的命名和合同以帮助移植代码。