SSE2 整数溢出检查

SSE2 integer overflow checking

本文关键字：溢出检查 整数 SSE2      更新时间：2023-10-16

当使用SSE2指令（如PADDD（即_mm_add_epi32内联的）时，有没有办法检查是否有任何操作溢出？

我认为也许在溢出后可能会在MXCSR控制寄存器上设置一个标志，但我没有看到这种情况发生。例如，_mm_getcsr()在以下两种情况下打印相同的值 （8064）：

#include <iostream>
#include <emmintrin.h>
using namespace std;
void main()
{
    __m128i a = _mm_set_epi32(1, 0, 0, 0);
    __m128i b = _mm_add_epi32(a, a);
    cout << "MXCSR:  " << _mm_getcsr() << endl;
    cout << "Result: " << b.m128i_i32[3] << endl;
    __m128i c = _mm_set_epi32((1<<31)-1, 3, 2, 1);
    __m128i d = _mm_add_epi32(c, c);
    cout << "MXCSR:  " << _mm_getcsr() << endl;
    cout << "Result: " << d.m128i_i32[3] << endl;
}

有没有其他方法可以检查SSE2的溢出？

以下是@hirschhornsalz sum_and_overflow函数的一个更有效的版本：

void sum_and_overflow(__v4si a, __v4si b, __v4si& sum, __v4si& overflow)
{
   __v4si sa, sb;
    sum = _mm_add_epi32(a, b);                  // calculate sum
    sa = _mm_xor_si128(sum, a);                 // compare sign of sum with sign of a
    sb = _mm_xor_si128(sum, b);                 // compare sign of sum with sign of b
    overflow = _mm_and_si128(sa, sb);           // get overflow in sign bit
    overflow = _mm_srai_epi32(overflow, 31);    // convert to SIMD boolean (-1 == TRUE, 0 == FALSE)
}

它使用来自 Hacker's Dehappy 第 27 页的溢出检测表达式：

sum = a + b;
overflow = (sum ^ a) & (sum ^ b);               // overflow flag in sign bit

请注意，溢出向量将包含更传统的 SIMD 布尔值：-1 表示 TRUE（溢出），0 表示 FALSE（无溢出）。如果您只需要符号位中的溢出，而其他位是"不关心"，则可以省略函数的最后一行，从而将 SIMD 指令的数量从 5 个减少到 4 条。

注意：此解决方案以及它所基于的先前解决方案适用于有符号整数值。无符号值的解决方案需要稍微不同的方法（请参阅佳能@Stephen答案）。

由于您有 4 个可能的溢出，因此控制寄存器很快就会耗尽位，特别是如果您想要进位、符号等，甚至对于由 16 个字节组成的向量加法：-）

如果输入符号位

相等且结果符号位与输入符号位不同，则设置溢出标志。

此函数手动计算sum = a+b和溢出。对于每个溢出0x80000000都会在overflow中重新出现。

void sum_and_overflow(__v4si a, __v4si b, __v4si& sum, __v4si& overflow) {
    __v4si signmask = _mm_set1_epi32(0x80000000);
    sum = a+b;
    a &= signmask;
    b &= signmask;
    overflow = sum & signmask;
    overflow = ~(a^b) & (overflow^a); // overflow is 1 if (a==b) and (resultbit has changed)
}

注意：如果您没有 gcc，则必须将^ & +运算符替换为适当的 SSE 内部函数，如 _mm_and_si128() 、_mm_add_epi32() 等。

编辑：我刚刚注意到带有掩码的and当然可以在函数的最后完成，节省两个and操作。但是编译器很可能足够聪明，可以自己完成。

我注意到您也要求为未签名的解决方案;幸运的是，这也很容易：

__v4si mask = _mm_set1_epi32(0x80000000);
sum = _mm_add_epi32(a, b);
overflow = _mm_cmpgt_epi32(_mm_xor_si128(mask, a), _mm_xor_si128(mask, sum));

通常要检测无符号溢出，您只需检查 sum < a 或 sum < b . 但是，SSE 没有无符号比较; xor -ing 参数与 0x80000000 允许您使用有符号比较来获得相同的结果。

基础 PADDD 指令不会触及任何标志。

因此，要对此进行测试，您必须编写其他代码，具体取决于您要执行的操作。

注意：由于缺乏 epi32 内涵，您有点受阻

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