C++标准库为什么没有SIMD功能？

Question

C++标准库为什么没有SIMD功能？

c++stlsimd

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自1999年起，SSE和其后续扩展已成为提高C++程序性能最强有力的工具之一。然而，就我所知，没有标准化的容器、算法等明确利用它们的（是这样吗？）。这是有原因的吗？是否存在过未通过的提案？

- Yamahari

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您是否了解std::execution策略？<algorithm>库中的大多数算法都可以使用它们。 - Yksisarvinen

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这不是用于多线程吗？ - Yamahari

8

SSE指令集是x86特定的，而C++标准在很大程度上可以跨平台使用。一个跨平台的SIMD库可能比自动向量化在大多数情况下表现更差，而能够有效使用手动SIMD的人可能会放弃它以使用低级别的英特尔指令。 - parktomatomi

2

是的，我知道隐式向量化，但这并不是保证的。在程序中更改某一行代码可能会阻止编译器对任何内容进行向量化。 - Yamahari

5

嘿，看起来他们正在烘焙什么东西：https://en.cppreference.com/w/cpp/experimental/simd - parktomatomi

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1个回答

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原文链接

- ahcox · Accepted Answer

在并行 TS v2中有对显式短向量 SIMD 类型的实验性支持，这些类型映射到常见 ISA 的 SIMD 扩展，但截至 2021 年 8 月只有 GCC 实现了它。上面链接的 Cppreference 文档不完整，但在《C++ 并行扩展技术规范工作草案》文件 N4808中还有其他细节。该提案的思想是在2015 年的博士论文期间开发的。GCC 实现的作者写了一篇文章，介绍如何将现有的 SSE 字符串处理算法转换为使用他的库的 2019 版本，从而实现类似的性能和更高的可读性。以下是使用它和生成的汇编的一些简单代码：

乘加

#include <experimental/simd> // Fails on MSVC 19 and others
using vec4f = std::experimental::fixed_size_simd<float,4>;

void madd(vec4f& out, const vec4f& a, const vec4f& b)
{
    out += a * b;
}

使用-march=znver2 -Ofast -ffast-math编译，我们可以为此生成一个硬件融合乘加。

madd(std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >&, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> > const&, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> > const&):
        vmovaps xmm0, XMMWORD PTR [rdx]
        vmovaps xmm1, XMMWORD PTR [rdi]
        vfmadd132ps     xmm0, xmm1, XMMWORD PTR [rsi]
        vmovaps XMMWORD PTR [rdi], xmm0
        ret

点积

点积可以简洁地表示为：

float dot_product(const vec4f a, const vec4f b)
{
    return reduce(a * b);
}

-Ofast -ffast-math -march=znver2：

dot_product(std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >, std::experimental::parallelism_v2::simd<float, std::experimental::parallelism_v2::simd_abi::_Fixed<4> >):
        vmovaps xmm1, XMMWORD PTR [rsi]
        vmulps  xmm1, xmm1, XMMWORD PTR [rdi]
        vpermilps       xmm0, xmm1, 27
        vaddps  xmm0, xmm0, xmm1
        vpermilpd       xmm1, xmm0, 3
        vaddps  xmm0, xmm0, xmm1
        ret

(一些更多玩耍的Godbolt链接).