__attribute__ ((vector_size))魔法被联盟摧毁

Question

使用godbolt.org x86-64 gcc 11.2这个代码..。

typedef int v4i __attribute__ ((vector_size (16)));

typedef union {
    v4i v;
} int4;

int4 mul(int4 l, int4 r)
{
    return (int4){.v=l.v * r.v};
}

...produces此程序集(当使用-O3 -mavx编译时).

mul:
        vpmulld xmm0, xmm0, xmm1
        ret

但是这个密码..。

typedef int v4i __attribute__ ((vector_size (16)));

typedef union {
    v4i v;
    struct {int x,y,z,w;}; // this line is the change
    int i[4]; // this one too
} int4;

int4 mul(int4 l, int4 r)
{
    return (int4){.v=l.v * r.v};
}

...produces此程序集(当也使用-O3 -mavx编译时).

mul:
        mov     QWORD PTR [rsp-40], rdi
        mov     QWORD PTR [rsp-32], rsi
        vmovdqa xmm1, XMMWORD PTR [rsp-40]
        mov     QWORD PTR [rsp-24], rdx
        mov     QWORD PTR [rsp-16], rcx
        vpmulld xmm0, xmm1, XMMWORD PTR [rsp-24]
        vmovdqa XMMWORD PTR [rsp-40], xmm0
        mov     rax, QWORD PTR [rsp-40]
        mov     rdx, QWORD PTR [rsp-32]
        ret

x86-64 clang 13.0.1也有类似的结果

所以我的问题是，我如何说服gcc (和/或clang)这两个代码块应该产生相同的输出？

我尝试过__attribute__ ((aligned))，移除int i[4];或struct，将__attribute__ ((packed))应用于struct，甚至给__attribute__ ((transparent_union))一次尝试。无论__attribute__ ((vector_size (16)))赋予什么神奇状态，都可以通过向union添加任何内容来打破它。

Answer 1

我应该说，我从来没有亲自处理过这个属性，我刚才检查了gcc，但是从文件中我看到了一些我认为对你的问题有用的东西。

从您的代码中，我可以假设您希望使用union分别访问向量的每个int。但是，如果这是唯一的原因，就没有必要使用int[4]或struct {int x,y,z,w;};作为联合的一部分，因为向量可以像数组一样使用：

typedef int v4i __attribute__ ((vector_size (16)));

typedef union {
    v4i v;
} int4;

int4 mul(int4 l, int4 r)
{
    int4 ret = (int4){.v=l.v * r.v};
    printf("%i %i %i %i", ret.v[0], ret.v[1], ret.v[2], ret.v[3]);
    return ret;
}

代码将根据您的喜好进行优化。此外，如果您需要字节级访问，union与另一个向量一起工作也可以：

typedef int v4i __attribute__ ((vector_size (16)));
typedef unsigned char v4b __attribute__ ((vector_size (16)));

struct i4s{int x,y,z,w;};

typedef union {
    v4i v;
    v4b v2;
} int4;

int4 mul(int4 l, int4 r)
{
    return (int4){.v=l.v * r.v};
}

在这种情况下，union似乎将使用类似于原语的类型。例如，甚至连__m128i也能工作。

Answer 2

结果，他们是一样的。出于某种原因，第二种方法包括填充xmm？从堆栈中注册，但是如果添加一个主函数.

int main(int argc, char *argv[])
{
    // volatile keyword added so they don't get optimised out   
    volatile int4 x = {.v={1,2,3,4}};
    volatile int4 y = {.v={1,2,3,4}};
    int4 z = mul(x, y);
    
    return z.v[0];
}

...then函数(在本例中为单个vpmulld指令)被内联，并插入不同的、适当的堆栈操作。