SIMD SSE2 __m128i 包含 4 个 int32_t 如何快速找到每个大于或小于 0 的整数

Question

我使用 SIMD 进行算术运算，结果在一个包含 4 x int32_t 的 __m128i 变量中。 我怀疑结果中的前两个int32_t 值>=0，后两个值

__m128i result {int32_t, int32_t, int32_t, int32_t}

我怀疑结果{>=0,>=0,<=0,<=0}

最有效的方法是什么？

Answer 1

目前尚不清楚您是希望在 XMM 寄存器中为某些屏蔽做准备，还是在 GPR 寄存器中为例如分支做准备。

备选方案 1

这可能是一种更灵活的替代方案，因为它在 XMM 寄存器中留下了掩码，并且从那里到 GPR 只需一个 PMOVMSKB 距离。然而，它确实需要两个 128 位常量。

这是一种简单的方法：在顶部比较 > -1 aka >= 0 并在底部给出不可能的比较，然后在底部比较

__m128i result;
/* ... */
__m128i TOP  = _mm_set_epi32(0xFFFFFFFF, 0xFFFFFFFF, 0x7FFFFFFF, 0x7FFFFFFF);
__m128i BOT  = _mm_set_epi32(0x80000000, 0x80000000, 0x00000001, 0x00000001);
__m128i cmpT = _mm_cmpgt_epi32(result, TOP);//Top    > -1   Bottom > INT_MAX
__m128i cmpB = _mm_cmpgt_epi32(BOT, result);//Bottom <  1,  Top    < INT_MIN
__m128i cmp  = _mm_or_si128(cmpT, cmpB);
int cond     = _mm_movemask_epi8(cmp) == 0xFFFF;
/* cond contains the result of the comparison:
      0 if check failed and
      1 if check satisfied.                    */

备选方案 2

我在原始值和它的 PSUBD 否定上都利用了 PMOVMSKB，然后检查了两个返回的位掩码的正确位是否正确。

__m128i result;
/* ... */
__m128i ZERO = _mm_setzero_si128();            /* 0 constant */
__m128i neg  = _mm_sub_epi32(ZERO, result);    /* Negate */
int lt0      = _mm_movemask_epi8(result);      /* < 0 ? */
int gt0      = _mm_movemask_epi8(neg);         /* > 0 ? */
gt0         &= ~lt0;                           /* Correction for INT_MIN. Can be
                                                  deleted if never encountered. */
int cond     = !((gt0 | (lt0 >> 8)) & 0x88);   /* Check both bits 3 and 7 are 0 */
/* cond contains the result of the comparison:
      0 if check failed and
      1 if check satisfied.                    */

我的解释：

• 我否定整数。
• 我从整数中提取符号位lt0。它们代表条件result[i] < 0。
• 我从否定中提取符号位gt0。它们表示条件result[i] > 0，但result[i] 是否为INT_MIN 除外。
  • 可选：我通过检测并纠正这种情况来纠正这种情况（gt0 &= ~lt0 将任何错误报告设置为 0，即 -2147483648 大于 0）。
• 然后，我检查以下所有条件是否成立：
  • gt0 的第 3 位为 0。隐含 result[0] <= 0。
  • gt0 的第 7 位为 0。隐含 result[1] <= 0。
  • lt0 的第 11 位为 0。隐含 result[2] >= 0。
  • lt0 的第 15 位为 0。隐含 result[3] >= 0。

我们查看位 3、7、11 和 15 是有原因的，我们使用神奇的 8 和 0x88 常量也是有原因的。就是 PMOVMSKB 每个字节返回一个符号位，而不是每个 dword 一个符号位，所以我们真正感兴趣的位被我们必须忽略的垃圾位包围，只有每个整数的最高字节的符号位感兴趣我们。

总共需要 9-10 条指令来运行检查。