x86 SIMD 内部函数的头文件

Question

哪些头文件为不同的 x86 SIMD 指令集扩展（MMX、SSE、AVX、...）提供了内在函数？在网上似乎不可能找到这样的清单。如果我错了，请纠正我。

Answer 1

这些天你通常应该只包括<immintrin.h>。它包括一切。

GCC 和 clang 将阻止您将内在函数用于您在编译时未启用的指令（例如，使用 -march=native 或 -mavx2 -mbmi2 -mpopcnt -mfma -mcx16 -mtune=znver1 或其他。）

MSVC 和 ICC 将允许您在编译时不启用任何内容的情况下使用内部函数，但您仍然应该在使用 AVX 内部函数之前启用 AVX。

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从历史上看（在 immintrin.h 引入所有内容之前），您必须手动包含所需的最高级别内在函数的标题。

这对于 MSVC 和 ICC 可能仍然有用，可以阻止自己使用不需要的指令集。

<mmintrin.h>  MMX
<xmmintrin.h> SSE
<emmintrin.h> SSE2
<pmmintrin.h> SSE3
<tmmintrin.h> SSSE3
<smmintrin.h> SSE4.1
<nmmintrin.h> SSE4.2
<ammintrin.h> SSE4A
<wmmintrin.h> AES
<immintrin.h> AVX, AVX2, FMA

在所有以前的拉中都包括其中一个（仅 AMD SSE4A 除外：immintrin.h 不会拉入）

一些编译器还为 AVX512 提供 <zmmintrin.h>。

Answer 2

在 GCC/clang 上，如果你只使用

#include <x86intrin.h>

它将包括所有根据编译器开关启用的 SSE/AVX 标头，例如 -march=haswell 或只是 -march=native。此外，一些 x86 特定指令（如 bswap 或 ror）可作为内部函数使用。

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此标头 <intrin.h> 的 MSVC 等效项

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如果您只需要便携式 SIMD，请使用 #include <immintrin.h>

MSVC、ICC 和 gcc/clang（以及我认为的其他编译器，如 Sun）都支持英特尔唯一的内部函数查找器/搜索工具记录的 SIMD 内部函数的此标头：https://software.intel.com/sites/landingpage/IntrinsicsGuide/

Answer 3

标头名称取决于您的编译器和目标架构。

• 对于 Microsoft C++（针对 x86、x86-64 或 ARM）和适用于 Windows 的 Intel C/C++ 编译器，请使用 intrin.h
• 对于针对 x86/x86-64 的 gcc/clang/icc，请使用 x86intrin.h
• 对于使用 NEON 的 gcc/clang/armcc 目标 ARM，请使用 arm_neon.h
• 对于使用 WMMX 以 ARM 为目标的 gcc/clang/armcc，请使用 mmintrin.h
• 对于使用 VMX（又名 Altivec）和/或 VSX 以 PowerPC 为目标的 gcc/clang/xlcc，请使用 altivec.h
• 对于带有 SPE 的 gcc/clang 目标 PowerPC 使用 spe.h

您可以使用条件预处理指令处理所有这些情况：

#if defined(_MSC_VER)
     /* Microsoft C/C++-compatible compiler */
     #include <intrin.h>
#elif defined(__GNUC__) && (defined(__x86_64__) || defined(__i386__))
     /* GCC-compatible compiler, targeting x86/x86-64 */
     #include <x86intrin.h>
#elif defined(__GNUC__) && defined(__ARM_NEON__)
     /* GCC-compatible compiler, targeting ARM with NEON */
     #include <arm_neon.h>
#elif defined(__GNUC__) && defined(__IWMMXT__)
     /* GCC-compatible compiler, targeting ARM with WMMX */
     #include <mmintrin.h>
#elif (defined(__GNUC__) || defined(__xlC__)) && (defined(__VEC__) || defined(__ALTIVEC__))
     /* XLC or GCC-compatible compiler, targeting PowerPC with VMX/VSX */
     #include <altivec.h>
#elif defined(__GNUC__) && defined(__SPE__)
     /* GCC-compatible compiler, targeting PowerPC with SPE */
     #include <spe.h>
#endif

Answer 4

来自page

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|     Header     |                                         Purpose                                          |
+----------------+------------------------------------------------------------------------------------------+
| x86intrin.h    | Everything, including non-vector x86 instructions like _rdtsc().                         |
| mmintrin.h     | MMX (Pentium MMX!)                                                                       |
| mm3dnow.h      | 3dnow! (K6-2) (deprecated)                                                               |
| xmmintrin.h    | SSE + MMX (Pentium 3, Athlon XP)                                                         |
| emmintrin.h    | SSE2 + SSE + MMX (Pentium 4, Athlon 64)                                                  |
| pmmintrin.h    | SSE3 + SSE2 + SSE + MMX (Pentium 4 Prescott, Athlon 64 San Diego)                        |
| tmmintrin.h    | SSSE3 + SSE3 + SSE2 + SSE + MMX (Core 2, Bulldozer)                                      |
| popcntintrin.h | POPCNT (Nehalem (Core i7), Phenom)                                                       |
| ammintrin.h    | SSE4A + SSE3 + SSE2 + SSE + MMX (AMD-only, starting with Phenom)                         |
| smmintrin.h    | SSE4_1 + SSSE3 + SSE3 + SSE2 + SSE + MMX (Penryn, Bulldozer)                             |
| nmmintrin.h    | SSE4_2 + SSE4_1 + SSSE3 + SSE3 + SSE2 + SSE + MMX (Nehalem (aka Core i7), Bulldozer)     |
| wmmintrin.h    | AES (Core i7 Westmere, Bulldozer)                                                        |
| immintrin.h    | AVX, AVX2, AVX512, all SSE+MMX (except SSE4A and XOP), popcnt, BMI/BMI2, FMA             |
+----------------+------------------------------------------------------------------------------------------+

因此，一般而言，您可以只包含 immintrin.h 以获取所有 Intel 扩展，或包含 x86intrin.h 如果您想要所有内容，包括 _bit_scan_forward 和 _rdtsc，以及所有矢量内在函数都包括 AMD 专用的。如果您反对包含更多您实际需要的内容，那么您可以通过查看表格来选择正确的包含。

x86intrin.h 是获取AMD XOP (Bulldozer-only, not even future AMD CPUs) 的内在函数的推荐方法，而不是拥有自己的标头。

如果您对未启用的指令集使用内部函数（例如 _mm_fmadd_ps 而不启用 fma，即使您包含 immintrin.h 并启用 AVX2），某些编译器仍会生成错误消息。

Answer 5

20200914： 最新最佳实践：<immintrin.h>（也受 MSVC 支持）

我将把剩下的答案留作历史用途；它可能对较旧的编译器/平台组合有用...

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正如许多答案和 cmets 所述，<x86intrin.h> 是 x86[-64] SIMD 内在函数的综合标头。它还为其他 ISA 扩展提供内在函数支持指令。 gcc、clang 和 icc 都解决了这个问题。我需要对支持标头的版本进行一些挖掘，并认为列出一些发现可能很有用...

• gcc ：对x86intrin.h 的支持首先出现在gcc-4.5.0 中。 gcc-4 版本系列不再维护，而gcc-6.x 是当前 稳定版本系列。 gcc-5 还引入了所有 clang-3.x 版本中的 __has_include 扩展。 gcc-7 处于预发布阶段（回归测试等），并遵循当前版本控制方案，将发布为 gcc-7.1.0。
  
  

• clang ：所有clang-3.x 版本似乎都支持x86intrin.h。最新的稳定版本是clang (LLVM) 3.9.1。开发分支是clang (LLVM) 5.0.0。目前尚不清楚4.x 系列发生了什么。
  
  

• Apple clang：令人讨厌的是，Apple 的版本控制与 LLVM 项目的版本不对应。也就是说，当前版本：clang-800.0.42.1，基于LLVM 3.9.0。第一个基于LLVM 3.0 的版本似乎是Apple clang 2.1 回到Xcode 4.1。 LLVM 3.1 在Xcode 4.3.3 中首先与Apple clang 3.1（数字巧合）一起出现。
  
  Apple 还定义了__apple_build_version__，例如8000042。这似乎是可用的最稳定、严格递增的版本控制方案。如果您不想支持旧版编译器，请将这些值之一设为最低要求。
  
  

因此，clang 的任何最新版本（包括 Apple 版本）都不会出现 x86intrin.h 问题。当然，除了gcc-5，您还可以随时使用以下内容：

#if defined (__has_include) && (__has_include(<x86intrin.h>))
#include <x86intrin.h>
#else
#error "upgrade your compiler. it's free..."
#endif

您不能真正依赖的一个技巧是在clang 中使用__GNUC__ 版本。由于历史原因，版本控制停留在4.2.1。 x86intrin.h 标头之前的版本。它有时对保持向后兼容的简单 GNU C 扩展很有用。

• icc ：据我所知，至少从 Intel C++ 16.0 开始就支持 x86intrin.h 标头。版本测试可以通过：#if (__INTEL_COMPILER >= 1600) 执行。此版本（可能还有更早的版本）还提供对 __has_include 扩展的支持。
  
  

• MSVC：看来MSVC++ 12.0 (Visual Studio 2013) 是第一个提供intrin.h 标头的版本 - 不是 x86intrin.h... 这表明：#if (_MSC_VER >= 1800)作为版本测试。当然，如果您尝试编写可在所有这些不同编译器之间移植的代码，那么这个平台上的标头名称将是您最少的问题。