紧致AVX2寄存器，因此根据掩码选择的整数是连续的

Question

在问题Optimizing Array Compaction中，最上面的答案是：

SSE/AVX寄存器与最新的指令集允许一个更好的方法。我们可以直接使用PMOVMSKB的结果，将其转换为类似PSHUFB的控件寄存器。

这与哈斯韦尔(AVX2)有可能吗？还是需要一种AVX512的口味？

我得到了一个包含AVX2向量的int32s，以及一个对应的比较结果向量。我想以某种方式对其进行洗牌，以便在掩码中设置相应msb的元素(比较为真)在向量的低端是连续的。

我能看到的最好是使用_ps 256_movemask_ps/vmovmskps获得一个位掩码(没有*d变体？)然后在一个256个AVX2向量查找表中使用它来获得交叉车道_ to 256 _permutevar8x32_pi32/vpermd的混洗掩码。

Answer 1

首先要做的是找到一个快速的标量函数。这里有一个不使用分支的版本。

inline int compact(int *x, int *y, const int n) {
    int cnt = 0;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        int cut = x[i]!=0;
        y[cnt] = cut*x[i];
        cnt += cut;
    }
    return cnt;
}

SIMD的最佳结果可能取决于零点的分布。如果是稀疏的还是稠密的。对于稀疏或密集的分布，下面的代码应该运行良好。例如，长时间运行零和非零。如果发行版更多，我不知道这段代码是否会有任何好处。但无论如何，它都会给出正确的结果。

下面是我测试过的AVX2版本。

int compact_AVX2(int *x, int *y, int n) {
    int i =0, cnt = 0;
    for(i=0; i<n-8; i+=8) {
        __m256i x4 = _mm256_loadu_si256((__m256i*)&x[i]);
        __m256i cmp = _mm256_cmpeq_epi32(x4, _mm256_setzero_si256());
        int mask = _mm256_movemask_epi8(cmp);
        if(mask == -1) continue; //all zeros
        if(mask) {
            cnt += compact(&x[i],&y[cnt], 8);
        }
        else {
            _mm256_storeu_si256((__m256i*)&y[cnt], x4);
            cnt +=8;
        }       
    }
    cnt += compact(&x[i], &y[cnt], n-i); // cleanup for n not a multiple of 8
    return cnt;
}

这是我测试过的SSE2版本。

int compact_SSE2(int *x, int *y, int n) {
    int i =0, cnt = 0;
    for(i=0; i<n-4; i+=4) {
        __m128i x4 = _mm_loadu_si128((__m128i*)&x[i]);
        __m128i cmp = _mm_cmpeq_epi32(x4, _mm_setzero_si128());
        int mask = _mm_movemask_epi8(cmp);
        if(mask == 0xffff) continue; //all zeroes
        if(mask) {
            cnt += compact(&x[i],&y[cnt], 4);
        }
        else {
            _mm_storeu_si128((__m128i*)&y[cnt], x4);
            cnt +=4;
        }       
    }
    cnt += compact(&x[i], &y[cnt], n-i); // cleanup for n not a multiple of 4
    return cnt;
}

这是一个完整的测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#if defined (__GNUC__) && ! defined (__INTEL_COMPILER)
#include <x86intrin.h>                
#else
#include <immintrin.h>                
#endif

#define N 50

inline int compact(int *x, int *y, const int n) {
    int cnt = 0;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        int cut = x[i]!=0;
        y[cnt] = cut*x[i];
        cnt += cut;
    }
    return cnt;
}

int compact_SSE2(int *x, int *y, int n) {
        int i =0, cnt = 0;
        for(i=0; i<n-4; i+=4) {
            __m128i x4 = _mm_loadu_si128((__m128i*)&x[i]);
            __m128i cmp = _mm_cmpeq_epi32(x4, _mm_setzero_si128());
            int mask = _mm_movemask_epi8(cmp);
            if(mask == 0xffff) continue; //all zeroes
            if(mask) {
                cnt += compact(&x[i],&y[cnt], 4);
            }
            else {
                _mm_storeu_si128((__m128i*)&y[cnt], x4);
                cnt +=4;
            }       
        }
        cnt += compact(&x[i], &y[cnt], n-i); // cleanup for n not a multiple of 4
        return cnt;
    }

int compact_AVX2(int *x, int *y, int n) {
    int i =0, cnt = 0;
    for(i=0; i<n-8; i+=8) {
        __m256i x4 = _mm256_loadu_si256((__m256i*)&x[i]);
        __m256i cmp = _mm256_cmpeq_epi32(x4, _mm256_setzero_si256());
        int mask = _mm256_movemask_epi8(cmp);
        if(mask == -1) continue; //all zeros
        if(mask) {
            cnt += compact(&x[i],&y[cnt], 8);
        }
        else {
            _mm256_storeu_si256((__m256i*)&y[cnt], x4);
            cnt +=8;
        }       
    }
    cnt += compact(&x[i], &y[cnt], n-i); // cleanup for n not a multiple of 8
    return cnt;
}

int main() {
    int x[N], y[N];
    for(int i=0; i<N; i++) x[i] = rand()%10;
    //int cnt = compact_SSE2(x,y,N);
    int cnt = compact_AVX2(x,y,N);
    for(int i=0; i<N; i++) printf("%d ", x[i]); printf("\n");
    for(int i=0; i<cnt; i++) printf("%d ", y[i]); printf("\n");
}