如何使用SSE指令集编写应用程序

1、编译器的自动矢量化

• -mfpmath=sse

  • 仅建议在P4和K8以上级别的处理器上使用该选项。

• -mmmx

-msse

-msse2

-msse3

-m3dnow

-mssse3(gcc-4.3新增)

-msse4.1(gcc-4.3新增)

-msse4.2(gcc-4.3新增)

-msse4(含4.1和4.2,gcc-4.3新增)

是否使用相应的扩展指令集以及内置函数，需要按照自己的cpu做选择。

2、使用C/C++类库

目前，GNU GCC等大多数编译器都提供了对SSE指令集的变成支持，允许用户在C++代码中不用编写汇编代码，就可以直接通过调用库函数而直接使用SSE指令。

3、使用编译器的内嵌原语(Intrinsics)

• SSE的intrinsics的规则

  _mm__

• 其中，是指令的类别，像add、sub等等，是指令的种类。在SSE浮点运算指令中，只有两种:ps和ss。

  ps：Packed Single-precision,指对寄存器中的四个单精度浮点同时进行运算。

  ss：Scaler Single-precision,指对寄存器中的DATA0进行运算。

• 编程时需要包含下表所示的头文件：

  mmintrin.h	MMX
  xmmintrin.h	SSE
  emmintrin.h	SSE2
  pmmintrin.h	SSE3
  tmmintrin.h	SSSE3
  intrin.h	SSE4A
  smmintrin.h	SSE4.1
  nmmintrin.h	SSE4.2
  mm3dnow.h	3DNOW

  说明：如果导入一个高版本的指令集头文件，那么一般就不需要在导入低版本的指令了。

4、使用内嵌汇编

• 指令语法特征

  如：PADDUSW（无符号饱和模式的字组相加）

  前缀：P代表成组数据类型

  操作指令：如ADD、SUB等

  后缀：US为无符号饱和处理

  S为有符号饱和处理

  B、W、D、Q分别为字节组、字组、双字组、四字。

• GCC的asm结构

  • 用汇编编写的程序运行速度快，但开发速度非常慢，效率也很低。如果只是想对关键代码段进行优化，更好的办法是将汇编指令嵌入到C语言程序中，充分利用高级语言和汇编语言各自的优点。一般来讲，在C代码中嵌入汇编语句要比“纯粹”的汇编语言代码复杂的多，因为需要解决如何分配寄存器，以及如何与C代码中的变量相结合等问题。内联汇编能够灵活操作，而且可以使其输出通过C变量显示出来。因为它具有这种能力，所以asm可以用作汇编指令和C程序之间的接口。使用__asm__关键字，如果超过一行的指令，每行要加上双引号，并且后面加上\n\t。如果希望确保编译器不会在“asm”内部优化指令，可以在“__asm__”后面使用关键字“volatile”。

  • 内联汇编的基本要素

    具体语法结构，请看我的一篇博文：《GCC内嵌汇编》文章连接：

    http://blog.chinaunix.net/u3/119372/showart_2417924.html

    基本要素说明：

限定符	意义
“m” “v” “o”	内存单元
“r”	任意寄存器
“q”	寄存器eax,ebx,ecx,edx之一
“i” “h”	直接操作数
“E” “F”	浮点数
“g”	任意
“a” ”b” ”c” ”d”	分别表示寄存器eax,ebx,ecx,edx
“S” ”D”	寄存器esi,edi
“I”	常数（0至31）

5、SSE编程注意事项

• 数据对齐

  CPU内存单元以16Byte为边界，如果数据在运算之前不进行对齐，会是指令运算产生大量延时。

  GCC：

  float __attribute__((aligned(16))) a[4]={1.2f,3.5f,1.7f,2.8f};

          VC:

                     __declspec(align(16)) float a[4]={1.2f,3.5f,1.7f,2.8f};