重载数组访问运算符时如何访问 SIMD 向量元素？答案

【问题标题】：How to access SIMD vector elements when overloading array access operators?重载数组访问运算符时如何访问 SIMD 向量元素？
【发布时间】：2014-12-20 16:47:16
【问题描述】：

我正在尝试使用 Xcode 6 上的 Clang 编译一些适用于 MSVC 的 SIMD 代码。不幸的是，我收到一个错误，其中数组访问运算符在我无法修复的自定义向量类中被重载。向量模板对使用 SIMD 内在函数的长度为 4 和 8 的数组进行了专门化，但是数组访问运算符返回对向量元素的引用（用于更新该元素）给我一个关于 clang 的错误“非常量引用不能绑定到向量元素”。

Full source code

重载运算符：

#ifdef _MSC_VER
  float operator[](int idx) const { return v.m256_f32[idx]; } // m256_f32 MSVC only
  float& operator[](int idx) { return v.m256_f32[idx]; }
#else
  float operator[](int idx) const { return v[idx]; }
  float& operator[](int idx) { return v[idx]; }
#endif

来自 Clang 的错误：

non-const reference cannot bind to vector element
  float& operator[](int idx) { return v[idx]; }
                                      ^~~~~~

【问题讨论】：

标签： c++ operator-overloading clang simd avx

【解决方案1】：

我认为您可能需要为此使用联合，例如：

union U {
    __m256 v;
    float a[8];
};

然后值运算符将是：

float operator[](int idx) const { U u = { v }; return u.a[idx]; }

虽然引用运算符比较棘手，但我能看到的唯一方法是通过类型双关语，所以通常需要注意：

float& operator[](int idx) { return ((float *)&v)[idx]; }

我什至不确定这是否会编译，您可能需要-fno-strict-aliasing。

为了避免这种讨厌，我想您可以考虑将您的成员变量从 __m256 v; 更改为 U u;。

我只是希望你不要在任何性能关键的循环中做这种事情。

【讨论】：

使用 simd 的全部原因是性能，所以不要做任何会大大减慢它的事情！
@olilarkin：当然——但如果你在性能关键循环中访问向量的单个元素，那么无论如何你都在做 SIMD 错误——通常这种操作应该只在循环，它不是性能关键。
对不起，我误会了你......元素不是在性能关键部分单独访问，只是在初始化中
酷——不过要小心严格的别名。考虑按照上面的建议将您的成员变量设为联合。
相关：stackoverflow.com/q/24787268/@PaulR，你说得对，从技术上讲这违反了严格的别名要求。但实际上，每个现有的编译器（据我所知）都允许 SIMD 向量类型为其组件的数组起别名。因此，即使没有-fno-strict-aliasing，这实际上也是安全的

【解决方案2】：

这仅适用于阅读，因此您将无法返回对 float 的引用。但这应该适用于运行时值：

>= SSE4.1+：使用 PEXTRD 内部函数，例如 _mm_extract_ps
在 SSE4.1 之前：_mm_cvtsi128_si32 + _mm_srli_si128 可访问任何 32 位项目（然后使用联合的情况）

【讨论】：