SSE指令集学习：Compiler Intrinsic

最新推荐文章于 2025-07-05 18:38:10 发布

BrookIcv

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分类专栏： HPC 文章标签：优化

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/BrookIcv/article/details/52295043

本文介绍了SSE Intrinsics，一种内联函数，用于提高代码性能，避免函数调用开销。SSE Intrinsics在编译器内部，允许优化器针对特定上下文进行优化。SSE Intrinsics在不同数据类型间转换、内存操作和计算效率方面与SSE汇编指令对比，展示了其在简单计算中与SSE指令相当，但在复杂逻辑和多次内存读写时可能效率较低。文章通过双线性插值的Intrinsic实现举例，探讨了Intrinsic在实际应用中的挑战和考虑因素。

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大多数的函数是在库中，Intrinsic Function却内嵌在编译器中（built in to the compiler）。

1. Intrinsic Function

Intrinsic Function作为内联函数，直接在调用的地方插入代码，即避免了函数调用的额外开销，又能够使用比较高效的机器指令对该函数进行优化。优化器（Optimizer）内置的一些Intrinsic Function行为信息，可以对Intrinsic进行一些不适用于内联汇编的优化，所以通常来说Intrinsic Function要比等效的内联汇编（inline assembly）代码快。优化器能够根据不同的上下文环境对Intrinsic Function进行调整，例如：以不同的指令展开Intrinsic Function，将buffer存放在合适的寄存器等。
使用 Intrinsic Function对代码的移植性会有一定的影响，这是由于有些Intrinsic Function只适用于Visual C++，在其他编译器上是不适用的；更有些Intrinsic Function面向的是特定的CPU架构，不是全平台通用的。上面提到的这些因素对使用Intrinsic Function代码的移植性有一些不好的影响，但是和内联汇编相比，移植含有Intrinsic Function的代码无疑是方便了很多。另外，64位平台已经不再支持内联汇编。

2. SSE Intrinsic

VS和GCC都支持SSE指令的Intrinsic，SSE有多个不同的版本，其对应的Intrinsic也包含在不同的头文件中，如果确定只使用某个版本的SSE指令则只包含相应的头文件即可。

引用自：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/02/28/vs_intrin_table.html

例如，要使用SSE3，则

#include <tmmintrin.h>

如果不关心使用那个版本的SSE指令，则可以包含所有

#include <intrin.h>

2.1 数据类型

Intrinsic使用的数据类型和其寄存器是想对应，有
* 64位 MMX指令集使用
* 128位 SSE指令集使用
* 256位 AVX指令集使用

甚至AVX-512指令集有512位的寄存器，那么相对应Intrinsic的数据也就有512位。
具体的数据类型及其说明如下：
1. __m64 64位对应的数据类型，该类型仅能供MMX指令集使用。由于MMX指令集也能使用SSE指令集的128位寄存器，故该数据类型使用的情况较少。
2. __m128 / __m128i / __m128d 这三种数据类型都是128位的数据类型。由于SSE指令集即能操作整型，又能操作浮点型（单精度和双精度），这三种数据类型根据所带后缀的不同代表不同类型的操作数。__m128是单精度浮点数，__m128i是整型，__m128d是双精度浮点数。

256和512的数据类型和128位的类似，只是存放的个数不同，这里不再赘述。
知道了各种数据类型的长度以及其代码的意义，那么它的表现形式到底是怎么样的呢？看下图

__m128i yy;

yy是__m128i型，从上图可以看出__m128i是一个联合体（union），根据不同成员包含不同的数据类型。看其具体的成员包含了8位、16位、32位和64位的有符号/无符号整数（这里__m128i是整型，故只有整型的成员，浮点数的使用__m128）。而每个成员都是一个数组，数组中填充着相应的数据，并且根据数据长度的不同数组的长度也不同（数组长度 = 128 / 每个数据的长度（位））。在使用的时候一定要特别的注意要操作数据的类型，也就是数据的长度，例如上图同一个变量yy当作4个32位有符号整型使用时其数据是：0，0，1024，1024；但是当做64位有符号整型时其数据为：0，4398046512128，大大的不同。
在MSVC下可以使用yy.m128i_i32[0]取出第一个32位整型数据，原生的Intrinsic函数是没有提供该功能的，这是在MSVC的扩展，比较像Microsoft的风格，使用及其的方便但是效率很差，所以这种方法在GCC/Clang下面是不可用的。在MSVC下面可以根据需要使用不使用这种抽取数据的方法，但是这种功能在调试代码时是非常方便的，如上图可以很容易的看出128位的数据在不同数据类型下其值的不同。