gcc 错误优化了 sse 函数

问题描述

我正在将一个项目转换为使用来自 clang 的 gcc 进行编译，但我遇到了一个使用 sse 函数的函数的问题：

string[] countries = {'US','CA'};
var combinedList = new List<Order>();
foreach (var country in countries)
{
    var countryCode = Enum.Parse<Countries>(country);
    var orders = DB.GetOrderData(countryCode);
    foreach (var order in orders)
    {
        combinedList.Add(order);
    }
}

现在使用 clang 它给了我预期的输出，但在 gcc 中它打印全零：godbolt link

玩转我发现当我用 -O1 编译时 gcc 给了我正确的结果，但用 -O2 和 -O3 出错，这表明优化器出了问题。我做的有什么特别错误会导致这种行为吗？

作为一种解决方法，我可以将事情合并到一个联合中，然后 gcc 会给我正确的结果，但这感觉有点恶心：godbolt link 2

有什么想法吗？

解决方法

问题在于您使用 short* 访问 __m128i* 对象的元素。这违反了严格别名规则。使用 __m128i* 取消引用或更常见的 _mm_load_si128( (const __m128i*)ptr ) 使用另一种方式是安全的。

__m128i* 与 char* 完全一样 - 你可以将它指向任何东西，但反之则不然：Is `reinterpret_cast`ing between hardware SIMD vector pointer and the corresponding type an undefined behavior?

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进行类型双关的唯一标准方式是使用 memcpy：

    memcpy(v00,lows,its * sizeof(short));
    memcpy(v10,highs,its * sizeof(short));
    memcpy(reinterpret_cast<short*>(v00) + its,lows + its - 1,sizeof(short));
    memcpy(reinterpret_cast<short*>(v10) + its,highs + its - 1,sizeof(short));

https://godbolt.org/z/f63q7x

我更喜欢直接使用正确类型的对齐内存：

    alignas(16) short v00[16];
    alignas(16) short v10[16];
    auto mv00 = reinterpret_cast<__m128i*>(v00);
    auto mv10 = reinterpret_cast<__m128i*>(v10);
    _mm_store_si128(mv00,_mm_setzero_si128());
    _mm_store_si128(mv10,_mm_setzero_si128());
    _mm_store_si128(mv00 + 1,_mm_setzero_si128());
    _mm_store_si128(mv10 + 1,_mm_setzero_si128());

    for (int i = 0; i < its; ++i) {
        v00[i] = lows[i];
        v10[i] = highs[i];
    }

    v00[its] = v00[its - 1];
    v10[its] = v10[its - 1];

https://godbolt.org/z/bfanne

我并不肯定这个设置实际上是标准的（它绝对适用于 _mm_load_ps，因为你可以在不使用双关语的情况下做到这一点）但它似乎也解决问题。我猜想加载/存储内在函数的任何合理实现都必须提供与 memcpy 相同类型的别名保证，因为它或多或少是从直线到矢量化代码的犹太方式x86。

正如您在问题中提到的，您还可以强制与联合对齐，我也在 c++11 之前的上下文中使用过它。即使在那种情况下，我个人仍然总是明确地写入加载和存储（即使它们只是去/从对齐的内存中去），因为如果你不这样做，这样的问题往往会出现。