VS:_bitscanreverse64固有的意外优化行为

VS: unexpected optimization behavior with _BitScanReverse64 intrinsic

本文关键字：意外 优化 bitscanreverse64 VS      更新时间：2023-10-16

以下代码在调试模式下工作正常，因为_bitscanreverse64已定义如果没有设置，则返回0。引用MSDN：（返回值为）"如果设置了索引，则非零，或者如果找不到设置位，则为0。"

''

如果我在发行模式中编译此代码仍然有效，但是如果我启用编译器优化，例如 o1或 o2索引不是零，assert()失败。

#include <iostream>
#include <cassert>
using namespace std;
int main()
{
  unsigned long index = 0;
  _BitScanReverse64(&index, 0x0ull);
  cout << index << endl;
  assert(index == 0);
  return 0;
}

这是预期的行为吗？我正在使用Visual Studio社区2015，版本14.0.25431.01 Update 3.（我留下了COUT，因此在优化期间不会删除变量索引）。还有有效的解决方法，还是我不应该直接使用此编译器？

afaict，当输入为零时，固有的叶子垃圾在 index中的垃圾，比ASM指令的行为弱。这就是为什么它具有单独的布尔返回值和整数输出操作数。

尽管index ARG通过引用进行，但编译器将其视为仅输出。

unsigned char _BitScanReverse64 (unsigned __int32* index, unsigned __int64 mask)
英特尔的内在指南文档的同一内在文档似乎比您链接的Microsoft文档更清晰，并阐明了MS文档试图说的话。但是，经过仔细阅读，他们似乎都说同一件事，并描述了bsr指令周围的薄包装。

Intel记录BSR指令在输入为0时产生"未定义值"，但在这种情况下设置ZF。

AMD的BSF条目在 AMD64体系结构中 程序员的手册 第3卷： 通用和 系统说明

...如果第二操作数包含0，则指令将ZF设置 至1，不更改目标寄存器的内容。...

在当前英特尔硬件上，实际行为与AMD的文档匹配：当SRC操作数为0时，它将目的地寄存器未修改。也许这就是为什么MS将其描述为仅在输入为非零时设置Index（以及Interinsic's的Interinsic's返回值非零）。

在英特尔（但也许不是AMD）上，这甚至没有将64位寄存器截断为32位。例如mov rax,-1;bsf eax, ecx（带有零ECX）留下RAX = -1（64位），而不是您从xor eax, 0获得的0x00000000ffffffff。但是对于非零ECX，bsf eax, ecx具有零扩展到RAX的通常效果，例如RAX = 3。

idk为什么英特尔仍然没有记录下来。也许是一个真正旧的x86 cpu（像原始386？）一样，以不同的方式实现了它？Intel和AMD经常超越X86手册中记录的内容，以免打破现有的广泛使用的代码（例如Windows），这可能就是这样开始的。

在这一点上，英特尔似乎不太可能丢弃该输出依赖性并留下实际垃圾或输入= 0的-1或32，但是缺乏文档使该选项打开。

Skylake删除了lzcnt和tzcnt的错误依赖性（后来的Uarch丢弃了popcnt的False DEP），同时仍保留bsr/bsf的依赖关系。（为什么要打破" lzcnt的输出依赖性"？）

当然，由于 MSVC优化了您的index = 0初始化，大概它只是使用所需的任何目的地寄存器，而不一定是持有C变量的先前值的寄存器。，即使您想要对于，我认为即使在AMD上保证它也可以利用DST不变的行为。

因此，在C 术语中，固有的固有依赖性对index 。但是在ASM中，指令 do 在DST寄存器上具有输入依赖性，例如add dst, src指令。如果编译器不小心，这可能会导致意外的性能问题。

不幸的是，在英特尔硬件上，popcnt / lzcnt / tzcnt ASM指令对其目的地也有错误的依赖性，即使结果永远不取决于它。不过，现在已经知道了编译器的工作，因此，在使用内部信息时，您不必担心它（除非您有一个编译器已有超过几年的历史了，否则您只是在最近才发现）。

>

您需要对其进行检查以确保index有效，除非您知道输入不是零。例如

if(_BitScanReverse64(&idx, input)) {
    // idx is valid.
    // (MS docs say "Index was set")
} else {
    // input was zero, idx holds garbage.
    // (MS docs don't say Index was even set)
    idx = -1;     // might make sense, one lower than the result for bsr(1)
}

如果要避免使用此额外的检查分支，则可以通过不同的内在用途使用lzcnt指令（例如Intel Haswell或AMD Bulldozer IIRC）。即使输入为全零，它也会"工作"，并且实际上计算领导零，而不是返回最高集合位的索引。

相关文章：