在将uint64转换为double时：为什么进行一次右移操作后代码就更简单了？

Question

为什么AsDouble1比AsDouble0更加简单明了？

// AsDouble0(unsigned long):                          # @AsDouble0(unsigned long)
//         movq    xmm1, rdi
//         punpckldq       xmm1, xmmword ptr [rip + .LCPI0_0] # xmm1 = xmm1[0],mem[0],xmm1[1],mem[1]
//         subpd   xmm1, xmmword ptr [rip + .LCPI0_1]
//         movapd  xmm0, xmm1
//         unpckhpd        xmm0, xmm1                      # xmm0 = xmm0[1],xmm1[1]
//         addsd   xmm0, xmm1
//         addsd   xmm0, xmm0
//         ret
double AsDouble0(uint64_t x) { return x * 2.0; }

// AsDouble1(unsigned long):                          # @AsDouble1(unsigned long)
//         shr     rdi
//         cvtsi2sd        xmm0, rdi
//         addsd   xmm0, xmm0
//         ret
double AsDouble1(uint64_t x) { return (x >> 1) * 2.0; }

可以在此处获取代码：https://godbolt.org/z/dKc6Pe6M1

- Etienne M

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请注意，如果您只想查看汇编代码，则无需在Godbolt上包含main()函数。此外，与此有些相关的是是否存在x87 FILD和SSE CVTSI2SD指令的无符号等效项？，但这是相反的方向。如何使用SSE / AVX高效执行double / int64转换？涵盖了打包转换。 - Peter Cordes

什么让 `uint64_t` 这么难？（从 `float` 转换汇编代码） 是关于编译器生成的 (uint64_t)float 代码的专题。 - Peter Cordes

@PeterCordes 关于 main()，这是我其他测试的产物。 - Etienne M

Answer 1

x86有一条指令可以在带符号整数和浮点数之间进行转换。AVX512支持无符号整数转换（我想是这样的），但大多数编译器默认情况下不会使用它。如果你将uint64_t向右移动一次，符号位就会被删除，这样你就可以将其解释为带符号整数并获得相同的结果。

- xiver77

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正确的，vcvtsd2usi 是AVX-512中的新功能，还包括将打包转换为无符号32位和64位整数（64位打包转换也是新功能）。 - Peter Cordes

@Peter，将无符号整数转换为双精度浮点数不应该是vcvtusi2sd吗？但我想我们都知道你的意思。 :-) - Adrian Mole

@AdrianMole：哎呀，是的，我把方向搞反了，在问题下面的评论里也是。 - Peter Cordes

Answer 2

cvtsi2sd指令的源操作数为带符号整数（32位或64位）。但是，您的函数采用无符号参数。

因此，在第一种情况下，编译器无法直接使用cvtsi2sd指令，因为给定参数中的值可能无法表示为具有相同大小的有符号整数- 因此它会生成执行转换到double的代码"长路"（但是安全）。

然而，在您的第二个函数中，初始的右移一位操作保证了符号位将被清除；因此，无论该结果值是作为带符号还是无符号来解释，都将是相同的...所以编译器可以安全地使用那个（修改后的）值作为cvtsi2sd操作的源。

- Adrian Mole