通过索引获取 __m128 的成员？

Question

我有一些代码，最初是由与 MSVC 合作的人给我的，我正试图让它在 Clang 上工作。这是我遇到问题的功能：

float vectorGetByIndex( __m128 V, unsigned int i )
{
    assert( i <= 3 );
    return V.m128_f32[i];
}

我得到的错误如下：

Member reference has base type '__m128' is not a structure or union.

我环顾四周，发现 Clang（可能还有 GCC）在将 __m128 视为结构或联合时存在问题。但是，我还没有找到关于如何取回这些值的直接答案。我尝试过使用下标运算符，但无法做到这一点，而且我浏览了大量 SSE 内在函数，但还没有找到合适的。

Answer 1

作为对 hirschhornsalz 解决方案的修改，如果 i 是编译时常量，则可以使用 shuffle 完全避免联合路径：

template<unsigned i>
float vectorGetByIndex( __m128 V)
{
    // shuffle V so that the element that you want is moved to the least-
    // significant element of the vector (V[0])
    V = _mm_shuffle_ps(V, V, _MM_SHUFFLE(i, i, i, i));
    // return the value in V[0]
    return _mm_cvtss_f32(V);
}

一个标量浮点数是只是XMM寄存器的底部元素，高元素允许非零； _mm_cvtss_f32 是免费的，将编译为零指令。这将作为一个 shufps 内联（或者对于 i==0 什么都没有）。

编译器足够聪明，可以优化 i==0 的随机播放（长期过时的 ICC13 除外），因此不需要 if (i)。 https://godbolt.org/z/K154Pe。 clang 的 shuffle 优化器会将 vectorGetByIndex<2> 编译为比 shufps 短 1 个字节的 movhlps xmm0, xmm0 并产生相同的低元素。对于其他编译器，您可以使用 switch/case 手动执行此操作，因为 i 是编译时常量，但是在手动矢量化时使用它的少数地方的 1 字节代码大小非常简单。

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请注意，SSE4.1 _mm_extract_epi32(V, i); 在这里不是一个有用的 shuffle：extractps r/m32, xmm, imm 只能将 FP 位模式提取到 integer 寄存器或内存 (https://www.felixcloutier.com/x86/extractps)。 （并且内在函数将其作为int 返回，因此它实际上会编译为extractps + cvtsi2ss 以在FP 位模式上进行int->float 转换，除非您在C++ 代码中键入它。但是你会期望它编译成 extractps eax, xmm0, i / movd xmm0, eax 这对于 shufps 来说是很糟糕的。）

extractps 唯一有用的情况是编译器希望将此结果直接存储到内存中，并将存储折叠到提取指令中。 （对于 i!=0，否则它将使用 movss）。要将结果作为标量浮点数保留在 XMM 寄存器中，shufps 很好。

（SSE4.1 insertps 可以使用但没必要：它可以在获取任意源元素的同时将其他元素归零。）

Answer 2

参加晚会但发现这在 MSVC 中对我有用，其中 z 是 __m128 类型的变量。

#define _mm_extract_f32(v, i)       _mm_cvtss_f32(_mm_shuffle_ps(v, v, i))

__m128 z = _mm_setr_ps(1.0, 2.0, 3.0, 4.0);

float f = _mm_extract_f32(z, 2);

或者更简单

__m128 z;

float f = z.m128_f32[2];  // to get the 3rd float value in the vector

Answer 3

使用

template<unsigned i>
float vectorGetByIndex( __m128 V) {
    union {
        __m128 v;    
        float a[4];  
    } converter;
    converter.v = V;
    return converter.a[i];
}

不管可用的指令集如何，它都可以工作。

注意：即使 SSE4.1 可用且 i 是编译时间常数，您不能以这种方式使用 pextract 等，因为这些指令提取 32 位整数，不是float：

// broken code starts here
template<unsigned i>
float vectorGetByIndex( __m128 V) {
    return _mm_extract_epi32(V, i);
}
// broken code ends here

我没有删除它，因为它是一个有用的提醒如何不做的事情。

Answer 4

我的使用方式是

union vec { __m128 sse, float f[4] };

float accessmember(__m128 v, int index)
{
    vec v.sse = v;
    return v.f[index];
}

对我来说似乎效果很好。

Answer 5

联合可能是最便携的方式：

union {
    __m128 v;    // SSE 4 x float vector
    float a[4];  // scalar array of 4 floats
} U;

float vectorGetByIndex(__m128 V, unsigned int i)
{
    U u;

    assert(i <= 3);
    u.v = V;
    return u.a[i];
}