c++ - 在 C++ 中获取 uint64_t 的上半部分的指令/内在函数？

问题描述

想象以下代码：

uint64_t x = 0x81C6E3292A71F955ULL;
uint32_t y = (uint32_t) (x >> 32);

y接收 64 位整数的高 32 位部分。我的问题是是否存在任何内在函数或任何 CPU 指令在单个操作中执行此操作而不进行移动和移位？

至少 CLang（在上面的 Try-it-online 中链接）为此创建了两条指令mov rax, rdi，shr rax, 32因此 CLang 不进行此类优化，或者不存在此类特殊指令。

如果存在像movhi dst_reg, src_reg.

标签： c++cbit-manipulationintrinsicsinstructions

如果有更好的方法来为任意 uint64_t 执行此位域提取，编译器将已经使用它。（至少在理论上；编译器确实错过了优化，他们的选择有时有利于延迟，即使它花费更多的微指令。）

您只需要内在函数来处理无法在纯 C 中有效表达的内容，编译器已经可以轻松理解这些内容。 （或者如果你的编译器很笨，无法发现明显的东西。）

您可能会想象输入值来自两个 32 位值的乘积的情况，那么在某些 CPU 上，编译器可能值得使用扩展mul r32来在两个单独的 32 位寄存器中生成结果，而不是imul r64, r64+ shr reg,32，如果它可以轻松使用 EAX/EDX。但是除了gcc -mtune=silvermont其他调整选项之外，您不能让编译器那样做。

shr reg, 32具有 1 个周期延迟，并且可以在大多数现代 x86 微架构 ( https://uops.info/ )上的多个执行端口上运行。唯一可能希望的是它可以将结果放在不同的寄存器中，而不会覆盖输入。

大多数现代非 x86 ISA 都与 RISC 类似，带有 3 操作数指令，因此移位指令可以复制和移位，这与 x86 移位不同，x86 移位中编译器需要 amov以及shr以后还需要原始 64 位值，或（在小函数的情况下）需要不同寄存器中的返回值。

并且一些 ISA 具有位域提取指令。PowerPC 甚至有一个有趣的旋转和掩码指令 ( rlwinm)（掩码是立即数指定的位范围），它是与正常移位不同的指令。编译器将酌情使用它 - 不需要内在的。 https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20180810-00/?p=99465

带有BMI2rorx rax, rdi, 32的 x86 必须复制和旋转，而不是在同一个寄存器中卡住移位。uint32_t在不内联的独立版本中，返回的函数可以/应该使用它而不是 mov+shr，因为调用者已经必须忽略 RAX 中的高垃圾。（x86-64 System V 和 Windows x64 都将返回值定义为仅与 arg 的 C 类型匹配的寄存器宽度；例如，返回uint32_t意味着 RAX 的高 32 位不是返回值的一部分，可以保存任何内容。通常它们为零，因为写入 32 位寄存器隐式地零扩展为 64，但类似return bar()where bar 返回 uint64_t 可以让 RAX 保持不变而不必截断它；事实上，优化的尾调用是可能的。）

没有内在的 for rorx; 编译器应该知道何时使用它。（但 gcc/clang-O3 -march=haswell错过了这个优化。） https://godbolt.org/z/ozjhcc8Te

如果编译器在循环中执行此操作，它可以32在寄存器中shrx reg,reg,reg作为复制和移位。或者更愚蠢的是，它可以用作pext面具0xffffffffULL << 32。shrx但由于延迟更高，情况更糟。

AMD TBM（仅限 Bulldozer 系列，而非 Zen）具有bextr(bitfield-extract) 的直接形式，它以 1 uop ( https://agner.org/optimize/ ) 高效运行。 https://godbolt.org/z/bn3rfxzch显示 gcc11 -O3 -march=bdver4(Excavator) uses bextr rax, rdi, 0x2020，而 clang 错过了优化。 gcc -march=znver1使用 mov + shr 因为 Zen 删除了 Trailing Bit Manipulation 以及 XOP 扩展。

标准 BMI1bextr需要寄存器中的位置/长度，而在英特尔 CPU 上是 2 微指令，所以它是垃圾。它确实有内在的，但我建议不要使用它。 mov+shr在 Intel CPU 上更快。

c++ - 在 C++ 中获取 uint64_t 的上半部分的指令/内在函数？

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