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x86_64 Linux使用avx指令（补充）

news 2025/5/3 15:45:47

x86_64 Linux使用avx指令（补充）

一些必要的函数的补充，主要包含fma相关指令，cmp比较指令以及shuffle相关的指令，这些函数在实现一些比较简单数学函数、FFT蝶形变换的用处会比较大，所以专门作为指令的进行补充。

立即数指令为何不能使用内联函数

在cmp和shuffle函数中需要使用到立即数，但是C语言是没有一种函数参数的类型是可以表示立即数据，也就是说cmp和shuffle函数如果需要使用内联汇编函数实现的格式大致是根据某一个int类型的变量，使用switch-case的形式将变量转换为函数需要的立即数格式，大致形式如下：

__m256 _mm256_cmp_ps(__m256 a,__m256 b,int imm8) 
{switch(imm8){case 0:AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,0x00,a,b);case 1:AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,0x01,a,b);case 2:AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,0x02,a,b);case 3:AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,0x03,a,b);case 4:AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,0x04,a,b);}AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,0x01,a,b);
}

通过O3优化反编译可以发现，只要_mm256_cmp_ps中给定的参数是imm8是一个立即数，_mm256_cmp_ps就会被优化成一条vcmpps指令，也不存在说什么降低指令集性能的情况，按理说这种带立即数的这样写就完事了。但是_mm256_shuffle_ps这种函数该怎么办，这种是拿立即数当掩码用的，如果是拿switch-case需要展开256次，如果真这么写，以后一个带掩码的内联函数都得写几百行，内联函数又要求函数完整的出现在头文件中，多加几个带掩码的avx指令，这头文件都没法看了。
因此，这里就只能使用宏定义函数实现对应的功能，问题也是有的，就是不能看出变量的类型到底是什么样的，所以就在变量名上下功夫，如__m256类型的就以__m256_a、__m256_b表示其输入是一个256位的向量类型的变量；interl的官方文档中avx汇编指令部分均是以imm8表示立即数，这里也沿用这种写法，以imm8表示立即数。当然因为宏定义函数没有对变量的类型的强制限制，可能会存在一些使用上的BUG。
当然我还是希望C语言能够出一种函数的参数类型，能用于表示立即数，或者在内联汇编函数中对"i"(num)中的num只能是立即数而不能是变量的问题进行修复。

avx指令补充

#define AVX256_INLINE_x_xxx(op,a,b,c) {__m256 result;__asm__ volatile (#op " %2, %1, %0": "=x" (result.__float32__): "x" (a.__float32__), "x" (b.__float32__), "0" (c.__float32__));return result;}#define AVX256_INLINE_x_n_xx(op,num,a,b) ({__m256 result;__asm__ volatile (#op " $"#num ", %1, %2, %0": "=x" (result.__float32__): "x" (a.__float32__), "x" (b.__float32__)); result;})static inline __m256 _mm256_floor_pd(__m256 a) AVX256_INLINE_x_n_x(vroundpd,0x01,a);
static inline __m256 _mm256_ceil_ps(__m256 a) AVX256_INLINE_x_n_x(vroundps,0x02,a);
static inline __m256 _mm256_ceil_pd(__m256 a) AVX256_INLINE_x_n_x(vroundpd,0x02,a);static inline __m256 _mm256_fmadd_ps(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmadd231ps,a,b,c);
static inline __m256 _mm256_fmadd_pd(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmadd231pd,a,b,c);static inline __m256 _mm256_fmsub_ps(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmsub231ps,a,b,c);
static inline __m256 _mm256_fmsub_pd(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmsub231pd,a,b,c);static inline __m256 _mm256_fnmadd_ps(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfnmsadd231ps,a,b,c);
static inline __m256 _mm256_fnmadd_pd(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfnmsadd231pd,a,b,c);static inline __m256 _mm256_fnmsub_ps(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfnmsub231ps,a,b,c);
static inline __m256 _mm256_fnmsub_pd(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfnmsub231pd,a,b,c);static inline __m256 _mm256_fmsubadd_ps(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmsubadd231ps,a,b,c);
static inline __m256 _mm256_fmsubadd_pd(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmsubadd231pd,a,b,c);static inline __m256 _mm256_fmaddsub_ps(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmaddsub231ps,a,b,c);
static inline __m256 _mm256_fmaddsub_pd(__m256 a, __m256 b, __m256 c) AVX256_INLINE_x_xxx(vfmaddsub231pd,a,b,c);// __m256_a:__m256,__m256_b:__m256,imm8:立即数 return：__m256     
#define _mm256_cmp_ps(__m256_a,__m256_b,imm8) AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmpps,imm8,__m256_a,__m256_b);
// __m256_a:__m256,__m256_b:__m256,imm8:立即数 return：__m256
#define _mm256_cmp_pd(__m256_a,__m256_b,imm8) AVX256_INLINE_x_n_xx(vcmppd,imm8,__m256_a,__m256_b);
// __m256_a:__m256,__m256_b:__m256,imm8:立即数 return：__m256
#define _mm256_shuffle_ps(__m256_a,__m256_b,imm8) AVX256_INLINE_x_n_xx(vshufps,imm8,__m256_a,__m256_b);
// __m256_a:__m256,__m256_b:__m256,imm8:立即数 return：__m256
#define _mm256_shuffle_pd(__m256_a,__m256_b,imm8) AVX256_INLINE_x_n_xx(vshufpd,imm8,__m256_a,__m256_b);static inline __m256 _mm256_odd_epi64(__m256 a)
{return _mm256_and_epi64(a,_mm256_set1_epi64(1));
}static inline __m256 _mm256_odd_epi32(__m256 a)
{return _mm256_and_epi32(a,_mm256_set1_epi32(1));
}static inline __m256 _mm256_odd_epi16(__m256 a)
{return _mm256_and_epi16(a,_mm256_set1_epi16(1));
}static inline __m256 _mm256_odd_epi8(__m256 a)
{return _mm256_and_epi8(a,_mm256_set1_epi8(1));
}static inline __m256 _mm256_even_epi64(__m256 a)
{return _mm256_sub_epi64(_mm256_set1_epi64(1),_mm256_and_epi64(a,_mm256_set1_epi64(1)));
}static inline __m256 _mm256_even_epi32(__m256 a)
{return _mm256_sub_epi32(_mm256_set1_epi32(1),_mm256_and_epi32(a,_mm256_set1_epi32(1)));
}static inline __m256 _mm256_even_epi16(__m256 a)
{return _mm256_sub_epi16(_mm256_set1_epi16(1),_mm256_and_epi16(a,_mm256_set1_epi16(1)));
}static inline __m256 _mm256_even_epi8(__m256 a)
{return _mm256_sub_epi8(_mm256_set1_epi8(1),_mm256_and_epi8(a,_mm256_set1_epi8(1)));
}