我正在使用一个库,该库使用 Intel 的 MMX 单指令、多数据 (SIMD) 指令集来加速整数数组的乘法。我正在使用的函数包含内联汇编,以使用 Intel 处理器中的 MMX SIMD 寄存器并执行乘法。
将两个整数数组与该函数相乘后,我收到一个数组,其中包含应为负数的错误整数值。然而,当将这些值转换为二进制时,我注意到整数代表 2 的补码中的正确值。整数应该是 16 位长。
更奇怪的是,当两个负整数相乘时,而不是一个正数乘以一个负数,该函数返回一个整数值,当转换为二进制时,会添加一个额外的位作为最高有效位(将附加位标记到左侧)二进制数的一侧)。该位的值为 1,但如果忽略该位,其余位将正确显示预期值。
这很难用语言表达,我举个例子:
我有三个 int 数组 A、B 和 C。
A = {-1, 4, 1, -1, 1, -2, -3, 7},
B = {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1}
C = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}
当 A 和 B 相乘时,我预计
{1, -4, -1, 1, -1, 2, 3, 7}
存储在C中。
但是在使用库的功能后,我得到了
{65537、65532、65535、65537、65535、65538、65539、7}
作为我对 C 的值(value)观。
第一个值 65537,二进制为 10000000000000001。如果没有额外的第 17 位,这将等于 1,但即使如此,该值也应该为 1,而不是 65537。第二个值 65532,二进制为 1111111111111100,其中是 -4 的 2 补码。这很好,但为什么这个值不只是-4。另请注意最后一个值 7。当不涉及负号时,该函数会给出预期形式的值。
内联程序集是为在 Microsoft Visual Studio 上编译而编写的,但我使用带有 -use-msasm 标志的英特尔 c/c++ 编译器。
函数代码如下:
void mmx_mul(void *A, void *B, void *C, int cnt)
{
int cnt1;
int cnt2;
int cnt3;
cnt1 = cnt / 32;
cnt2 = (cnt - (32*cnt1)) / 4;
cnt3 = (cnt - (32*cnt1) - (4*cnt2));
__asm
{
//; Set up for loop
mov edi, A; // Address of A source1
mov esi, B; // Address of B source2
mov ebx, C; // Address of C dest
mov ecx, cnt1; // Counter
jecxz ZERO;
L1:
movq mm0, [edi]; //Load from A
movq mm1, [edi+8]; //Load from A
movq mm2, [edi+16]; //Load from A
movq mm3, [edi+24]; //Load from A
movq mm4, [edi+32]; //Load from A
movq mm5, [edi+40]; //Load from A
movq mm6, [edi+48]; //Load from A
movq mm7, [edi+56]; //Load from A
pmullw mm0, [esi]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm1, [esi+8]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm2, [esi+16]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm3, [esi+24]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm4, [esi+32]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm5, [esi+40]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm6, [esi+48]; //Load from B & multiply B * (A*C)
pmullw mm7, [esi+56]; //Load from B & multiply B * (A*C)
movq [ebx], mm0; //Store C = A*B
movq [ebx+8], mm1; //Store C = A*B
movq [ebx+16], mm2; //Store C = A*B
movq [ebx+24], mm3; //Store C = A*B
movq [ebx+32], mm4; //Store C = A*B
movq [ebx+40], mm5; //Store C = A*B
movq [ebx+48], mm6; //Store C = A*B
movq [ebx+56], mm7; //Store C = A*B
add edi, 64;
add esi, 64;
add ebx, 64;
loop L1; // Loop if not done
ZERO:
mov ecx, cnt2;
jecxz ZERO1;
L2:
movq mm1, [edi]; //Load from A
pmullw mm1, [esi]; //Load from B & multiply B * (A*C)
movq [ebx], mm1;
add edi, 8;
add esi, 8;
add ebx, 8;
loop L2;
ZERO1:
mov ecx, cnt3;
jecxz ZERO2;
mov eax, 0;
L3: //Really finish off loop with non SIMD instructions
mov eax, [edi];
imul eax, [esi];
mov [ebx], ax;
add esi, 2;
add edi, 2;
add ebx, 2;
loop L3;
ZERO2:
EMMS;
}
}
以及我调用它的一个例子。
int A[8] = {-1, 4, 1, -1, 1, -2, -3, 7};
int B[8] = {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1};
int C[8];
mmx_mul(A, B, C, 16);
最后一个参数 16 是 A 和 B 中元素总数的总和。
我正在使用的库是免费使用的,可以在 https://www.ngs.noaa.gov/gps-toolbox/Heckler.htm 找到。
最佳答案
pmullw
乘以压缩整数字(英特尔术语中的 16 位元素)。 int
是 32 位类型,您需要 SSE4.1 pmulld
(压缩双字)(或者使用 SSE2 pmuludq
进行一些改组,以仅保留每个 64 位结果的低半部分)。
and an example of me calling it.
int A[8] = {-1, 4, 1, -1, 1, -2, -3, 7};
您向它传递了 32 位整数,但您已经说过您知道它需要 16 位整数。 (int
是所有主要 32 位和 64 位 x86 调用约定/ABI 中的 32 位类型)。 这就是当您使用 void*
并得到错误类型时会发生的情况。
来自 -1
和 -1
的 65537
很容易解释:它是 2^16 + 1,即 0x001001
,来自两个打包的 16 位 -1 * -1 = 1
。大多数 32 位元素的最高有效(上部)16 位元素中有 -1 * -1
。
16 位 pmullw
指令有效地将您的输入数据视为 short
数组(或 unsigned Short
,因为这是相同的二进制运算):
// 32-bit value -1 = 0xFFFFFFFF 4 1
short A[] = { 0xFFFF, 0xFFFF, 0x0004, 0x0000, 0x0001, 0x0000, ... }
// 32-bit value: -1, -1, -1
short B[] = { 0xFFFF, 0xFFFF, 0xFFFF, 0xFFFF, 0xFFFF, 0xFFFF, ... }
short C: 0x0001, 0x0001, 0xFFFC, 0, 0xFFFF, 0
// 32-bit value: 0x00010001 0x0000FFFC 0x0000FFFF
// 65537, 65532, 65535,
x86 是小尾数法,因此最不重要的单词排在最前面。我已将正常位值顺序的字和双字值显示为单个十六进制数字,而不是按字节顺序显示它们在内存中作为单独的十六进制字节。这就是为什么双字 int
的第一个(在内存中)字是 int
值的低 16 位。
另请参阅https://en.wikipedia.org/wiki/Two%27s_complement有关 x86(以及基本上所有其他现代 CPU 架构)上有符号整数的位表示的更多背景信息。
<小时/>仅供引用the loop
instruction is slow on all CPUs other than AMD Bulldozer / Ryzen 。也就是说,当 MMX 仍然相关时,它在所有 CPU 上都很慢,因此编写此代码的人不知道如何正确优化。
大多数编译器应该通过使用 SSE2、AVX2 或 AVX512(对于更广泛版本的 pmullw
)。使用 inline-asm 根本不是一个好主意,使用优化不良的 MMX asm 是一个更糟糕的主意,除非您实际上需要在 Pentium III 或其他不支持的设备上运行它有SSE2。
关于c - 为什么这个 C 函数以二进制补码形式返回 int 值?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/48364552/