结构中的数据对齐和 avx 优化

Question

我正在尝试找出此代码的最佳（也许是 avx？）优化

typedef struct {
  float x;
  float y;
} vector;

vector add(vector u, vector v){
  return (vector){u.x+v.x, u.y+v.y};
}

运行 gcc -S code.c 会给出相当长的汇编代码

    .file   "code.c"
    .text
    .globl  add
    .type   add, @function
add:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    movq    %rdi, -8(%rbp)
    movss   16(%rbp), %xmm1
    movss   48(%rbp), %xmm0
    addss   %xmm0, %xmm1
    movss   32(%rbp), %xmm2
    movss   64(%rbp), %xmm0
    addss   %xmm2, %xmm0
    movq    -8(%rbp), %rax
    movss   %xmm1, (%rax)
    movq    -8(%rbp), %rax
    movss   %xmm0, 16(%rax)
    movq    -8(%rbp), %rax
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   add, .-add
    .ident  "GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4) 5.4.0 20160609"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

虽然我期望如此简单的任务很少有说明。有人可以帮我优化这种代码，同时保持浮点类型吗？

谢谢。

Answer 1

gcc 在使用Vector Instructions through Built-in Functions 时可以生成更好的代码：

typedef float v2f __attribute__((vector_size(8)));

v2f add(v2f u, v2f v) {
  return u + v;
}

生产：

add(float __vector(2), float __vector(2)):
    movlps  %xmm0, -32(%rsp)
    movlps  %xmm1, -40(%rsp)
    movss   -32(%rsp), %xmm0
    addss   -40(%rsp), %xmm0
    movss   %xmm0, -56(%rsp)
    movss   -28(%rsp), %xmm0
    addss   -36(%rsp), %xmm0
    movss   %xmm0, -52(%rsp)
    movlps  -56(%rsp), %xmm0
    ret

这仍然是低效的，因为它执行元素相加。

---

xmm registers are 128-bit wide，为了充分利用它们，代码需要在 128 位单元上运行。

在 3D 图形中，坐标通常是 4 元素浮点向量 {x, y, z, w}，这使得 xmm 寄存器非常适合。例如：

typedef float v4f __attribute__((vector_size(16)));

v4f add(v4f u, v4f v) {
    return u + v;
}

这将为函数add 生成以下程序集：

add(float __vector(4), float __vector(4)):
    addps   %xmm1, %xmm0
    ret