[C] zintrin.h: 智能引入intrinsic函数 V1.02版。支持VC2012，增加INTRIN_ALIGN、INTRIN_COMPILER_NAME宏...
作者：zyl910。
一、更新说明
1.1 支持VC2012
VC2012增加了很多Intrinsics函数，详见——
http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/11/06/intrin_vc2012.html
检查了一下VC2012新增的Intrinsics函数集，发现它支持ARM指令和Haswell新指令
根据上述信息改进zintrin，检测到是VC2012时定义相关的宏——
#if _MSC_VER >=1700 // VC2012#define INTRIN_AVX2 1 // immintrin.h#define INTRIN_FMA 1 // immintrin.h#define INTRIN_F16C 1 // immintrin.h#define INTRIN_RDRND 1 // immintrin.h#define INTRIN_FSGSBASE 1 // immintrin.h#define INTRIN_TBM 1 // ammintrin.h#define INTRIN_LZCNT 1 // immintrin.h#define INTRIN_BMI 1 // immintrin.h#define INTRIN_BMI2 1 // immintrin.h#define INTRIN_INVPCID 1 // immintrin.h#define INTRIN_HLE 1 // immintrin.h#define INTRIN_RTM 1 // immintrin.h#endif
INVPCID、HLE、RTM是Haswell的新指令，原先的“INTRIN_*”判断宏没有它们。于是增加了这几个定义——
INTRIN_INVPCID
INTRIN_HLE
INTRIN_RTM
通过对比VC2010与VC2012的头文件后发现——虽然以前intrin.h支持lzcnt，但它是双下划线版的，而不是Intel所规定的单下划线版。直到VC2012，才支持单下划线版lzcnt。
具体修正做法——注释掉以前的INTRIN_LZCNT。检测到是VC2012时，才定义INTRIN_LZCNT。
1.2 增加INTRIN_ALIGN宏（地址对齐）
在使用SIMD指令时，经常需要地址对齐。例如 MMX要求8字节对齐，SSE要求16字节对齐，AVX要求32字节对齐。
因C语言标准未考虑该问题，VC与GCC的实现方法都不同。于是我定义一个INTRIN_ALIGN宏，用来统一处理地址对齐问题——
#if defined(__GNUC__) // GCC#define INTRIN_ALIGN(n) __attribute__((aligned(n))) #else // 否则使用VC格式.#define INTRIN_ALIGN(n) __declspec(align(n)) #endif // #if defined(__GNUC__) // GCC
使用时，将该宏写在数据类型的前面。例如——
INTRIN_ALIGN(32) uint_16 buf[16];
1.3 增加INTRIN_COMPILER_NAME宏（编译器名称）
在使用Intrinsics函数时，经常需要得知编译器名称，以方便进行对比分析。于是我定义了INTRIN_COMPILER_NAME宏——
#define INTRIN_MACTOSTR(x) #x #define INTRIN_MACROVALUESTR(x) INTRIN_MACTOSTR(x) #if defined(__ICL) // Intel C++ # if defined(__VERSION__) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Intel C++ " __VERSION__ # elif defined(__INTEL_COMPILER_BUILD_DATE) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Intel C++ (" INTRIN_MACROVALUESTR(__INTEL_COMPILER_BUILD_DATE) ")" # else # define INTRIN_COMPILER_NAME "Intel C++" # endif // # if defined(__VERSION__) #elif defined(_MSC_VER) // Microsoft VC++ # if defined(_MSC_FULL_VER) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Microsoft VC++ (" INTRIN_MACROVALUESTR(_MSC_FULL_VER) ")" # elif defined(_MSC_VER) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Microsoft VC++ (" INTRIN_MACROVALUESTR(_MSC_VER) ")" # else # define INTRIN_COMPILER_NAME "Microsoft VC++" # endif // # if defined(_MSC_FULL_VER) #elif defined(__GNUC__) // GCC # if defined(__CYGWIN__) # define INTRIN_COMPILER_NAME "GCC(Cygmin) " __VERSION__ # elif defined(__MINGW32__) # define INTRIN_COMPILER_NAME "GCC(MinGW) " __VERSION__ # else # define INTRIN_COMPILER_NAME "GCC " __VERSION__ # endif // # if defined(_MSC_FULL_VER) #else # define INTRIN_COMPILER_NAME "Unknown Compiler" #endif // #if defined(__ICL) // Intel C++
示例——
printf("Compiler: %s\n", INTRIN_COMPILER_NAME);
二、全部代码
2.1 zintrin.h
全部代码——
View Code #ifndef __ZINTRIN_H_INCLUDED #define __ZINTRIN_H_INCLUDED#include "stdint.h" #if !defined(PTRDIFF_MAX) || !defined(INT32_MAX) #error Need C99 marcos: __STDC_LIMIT_MACROS. #endif// INTRIN_ALIGN(x): 变量地址对齐. #if defined(__GNUC__) // GCC#define INTRIN_ALIGN(n) __attribute__((aligned(n))) #else // 否则使用VC格式.#define INTRIN_ALIGN(n) __declspec(align(n)) #endif // #if defined(__GNUC__) // GCC// INTRIN_COMPILER_NAME: 编译器名称. #define INTRIN_MACTOSTR(x) #x #define INTRIN_MACROVALUESTR(x) INTRIN_MACTOSTR(x) #if defined(__ICL) // Intel C++ # if defined(__VERSION__) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Intel C++ " __VERSION__ # elif defined(__INTEL_COMPILER_BUILD_DATE) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Intel C++ (" INTRIN_MACROVALUESTR(__INTEL_COMPILER_BUILD_DATE) ")" # else # define INTRIN_COMPILER_NAME "Intel C++" # endif // # if defined(__VERSION__) #elif defined(_MSC_VER) // Microsoft VC++ # if defined(_MSC_FULL_VER) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Microsoft VC++ (" INTRIN_MACROVALUESTR(_MSC_FULL_VER) ")" # elif defined(_MSC_VER) # define INTRIN_COMPILER_NAME "Microsoft VC++ (" INTRIN_MACROVALUESTR(_MSC_VER) ")" # else # define INTRIN_COMPILER_NAME "Microsoft VC++" # endif // # if defined(_MSC_FULL_VER) #elif defined(__GNUC__) // GCC # if defined(__CYGWIN__) # define INTRIN_COMPILER_NAME "GCC(Cygmin) " __VERSION__ # elif defined(__MINGW32__) # define INTRIN_COMPILER_NAME "GCC(MinGW) " __VERSION__ # else # define INTRIN_COMPILER_NAME "GCC " __VERSION__ # endif // # if defined(_MSC_FULL_VER) #else # define INTRIN_COMPILER_NAME "Unknown Compiler" #endif // #if defined(__ICL) // Intel C++// INTRIN_WORDSIZE: 目标机器的字长. #if PTRDIFF_MAX >= INT64_MAX#define INTRIN_WORDSIZE 64 #elif PTRDIFF_MAX >= INT32_MAX#define INTRIN_WORDSIZE 32 #else#define INTRIN_WORDSIZE 16 #endif// 根据不同的编译器做不同的处理. #if defined(__GNUC__) // GCC#if (defined(__i386__) || defined(__x86_64__) )// header files//#include// mac下有时找不到. 于是放弃, 使用ccpuid模块会更方便.//#include // mac下有时找不到. 于是根据宏来加载头文件.// macros #ifdef __MMX__#define INTRIN_MMX 1#include #endif#ifdef __3dNOW__#define INTRIN_3dNOW 1#include #endif#ifdef __SSE__#define INTRIN_SSE 1#include #endif#ifdef __SSE2__#define INTRIN_SSE2 1#include #endif#ifdef __SSE3__#define INTRIN_SSE3 1#include #endif#ifdef __SSSE3__#define INTRIN_SSSE3 1#include #endif#ifdef __SSE4_1__#define INTRIN_SSE4_1 1#include #endif#ifdef __SSE4_2__#define INTRIN_SSE4_2 1#include #endif#ifdef __SSE4A__#define INTRIN_SSE4A 1#include #endif#ifdef __AES__#define INTRIN_AES 1#include #endif#ifdef __PCLMUL__#define INTRIN_PCLMUL 1#include #endif#ifdef __AVX__#define INTRIN_AVX 1#include #endif#ifdef __AVX2__#define INTRIN_AVX2 1#include #endif#ifdef __F16C__#define INTRIN_F16C 1#include #endif#ifdef __FMA__#define INTRIN_FMA 1#include #endif#ifdef __FMA4__#define INTRIN_FMA4 1#include #endif#ifdef __XOP__#define INTRIN_XOP 1#include #endif#ifdef __LWP__#define INTRIN_LWP 1#include #endif#ifdef __RDRND__#define INTRIN_RDRND 1#include #endif#ifdef __FSGSBASE__#define INTRIN_FSGSBASE 1#include #endif#ifdef __POPCNT__#define INTRIN_POPCNT 1#include #endif#ifdef __LZCNT__#define INTRIN_LZCNT 1#include #endif#ifdef __TBM__#define INTRIN_TBM 1#include #endif#ifdef __BMI__#define INTRIN_BMI 1#include #endif#ifdef __BMI2__#define INTRIN_BMI2 1#include #endif#endif //#if (defined(__i386__) || defined(__x86_64__) )#elif defined(_MSC_VER) // MSVC// header files#if _MSC_VER >=1400 // VC2005#include #endif // #if _MSC_VER >=1400#if (defined(_M_IX86) || defined(_M_X64))// header files#if _MSC_VER >=1200 // VC6#include // MMX, SSE, SSE2#include // 3DNow!#endif // #if _MSC_VER >=1400#include // _mm_malloc, _mm_free.// macros#if _MSC_VER >=1200 // VC6#if defined(_M_X64) && !defined(__INTEL_COMPILER)// VC编译器不支持64位下的MMX.#else#define INTRIN_MMX 1 // mmintrin.h#define INTRIN_3dNOW 1 // mm3dnow.h#endif#define INTRIN_SSE 1 // xmmintrin.h#define INTRIN_SSE2 1 // emmintrin.h#endif#if _MSC_VER >=1300 // VC2003#endif#if _MSC_VER >=1400 // VC2005#endif#if _MSC_VER >=1500 // VC2008#define INTRIN_SSE3 1 // pmmintrin.h#define INTRIN_SSSE3 1 // tmmintrin.h#define INTRIN_SSE4_1 1 // smmintrin.h#define INTRIN_SSE4_2 1 // nmmintrin.h#define INTRIN_POPCNT 1 // nmmintrin.h#define INTRIN_SSE4A 1 // intrin.h// 双下划线版. #define INTRIN_LZCNT 1 // intrin.h#endif#if _MSC_VER >=1600 // VC2010#define INTRIN_AES 1 // wmmintrin.h#define INTRIN_PCLMUL 1 // wmmintrin.h#define INTRIN_AVX 1 // immintrin.h#define INTRIN_FMA4 1 // ammintrin.h#define INTRIN_XOP 1 // ammintrin.h#define INTRIN_LWP 1 // ammintrin.h#endif#if _MSC_VER >=1700 // VC2012#define INTRIN_AVX2 1 // immintrin.h#define INTRIN_FMA 1 // immintrin.h#define INTRIN_F16C 1 // immintrin.h#define INTRIN_RDRND 1 // immintrin.h#define INTRIN_FSGSBASE 1 // immintrin.h#define INTRIN_TBM 1 // ammintrin.h#define INTRIN_LZCNT 1 // immintrin.h#define INTRIN_BMI 1 // immintrin.h#define INTRIN_BMI2 1 // immintrin.h#define INTRIN_INVPCID 1 // immintrin.h#define INTRIN_HLE 1 // immintrin.h#define INTRIN_RTM 1 // immintrin.h#endif// VC2008之前没有_mm_cvtss_f32#if _MSC_VER <1500 // VC2008// float _mm_cvtss_f32(__m128 _A); #ifndef _mm_cvtss_f32#define _mm_cvtss_f32(__m128_A) ( *(float*)(void*)&(__m128_A) )#endif#endif#elif defined(_M_ARM)// VC2012增加了 armintr.h、arm_neon.h。其中armintr.h会被intrin.h自动引入.#endif // #if (defined(_M_IX86) || defined(_M_X64))//TODO:待查证 VS配合intel C编译器时intrin函数的支持性.#else //#error Only supports GCC or MSVC. #endif // #if defined(__GNUC__)#endif // #ifndef __ZINTRIN_H_INCLUDED
2.2 testzintrin.c
全部代码——
View Code #define __STDC_LIMIT_MACROS 1 // C99整数范围常量. [仅演示, 纯C程序可以不用, 而C++程序必须定义该宏.]#include#include "zintrin.h"#define PT_MAKE_STR(x) { #x, PT_MAKE_STR_ESC(x) } #define PT_MAKE_STR_ESC(x) #xtypedef struct tagMACRO_T {const char *name;const char *value; } MACRO_T;/* Intrinsics */ const MACRO_T g_intrins[] = {{"[Intrinsics]", ""},#ifdef INTRIN_MMXPT_MAKE_STR(INTRIN_MMX), #endif#ifdef INTRIN_3dNOWPT_MAKE_STR(INTRIN_3dNOW), #endif#ifdef INTRIN_SSEPT_MAKE_STR(INTRIN_SSE), #endif#ifdef INTRIN_SSE2PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE2), #endif#ifdef INTRIN_SSE3PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE3), #endif#ifdef INTRIN_SSSE3PT_MAKE_STR(INTRIN_SSSE3), #endif#ifdef INTRIN_SSE4_1PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE4_1), #endif#ifdef INTRIN_SSE4_2PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE4_2), #endif#ifdef INTRIN_SSE4APT_MAKE_STR(INTRIN_SSE4A), #endif#ifdef INTRIN_AESPT_MAKE_STR(INTRIN_AES), #endif#ifdef INTRIN_PCLMULPT_MAKE_STR(INTRIN_PCLMUL), #endif#ifdef INTRIN_AVXPT_MAKE_STR(INTRIN_AVX), #endif#ifdef INTRIN_AVX2PT_MAKE_STR(INTRIN_AVX2), #endif#ifdef INTRIN_F16CPT_MAKE_STR(INTRIN_F16C), #endif#ifdef INTRIN_FMAPT_MAKE_STR(INTRIN_FMA), #endif#ifdef INTRIN_FMA4PT_MAKE_STR(INTRIN_FMA4), #endif#ifdef INTRIN_XOPPT_MAKE_STR(INTRIN_XOP), #endif#ifdef INTRIN_LWPPT_MAKE_STR(INTRIN_LWP), #endif#ifdef INTRIN_RDRNDPT_MAKE_STR(INTRIN_RDRND), #endif#ifdef INTRIN_FSGSBASEPT_MAKE_STR(INTRIN_FSGSBASE), #endif#ifdef INTRIN_POPCNTPT_MAKE_STR(INTRIN_POPCNT), #endif#ifdef INTRIN_LZCNTPT_MAKE_STR(INTRIN_LZCNT), #endif#ifdef INTRIN_TBMPT_MAKE_STR(INTRIN_TBM), #endif#ifdef INTRIN_BMIPT_MAKE_STR(INTRIN_BMI), #endif#ifdef INTRIN_BMI2PT_MAKE_STR(INTRIN_BMI2), #endif#ifdef INTRIN_INVPCIDPT_MAKE_STR(INTRIN_INVPCID), #endif#ifdef INTRIN_HLEPT_MAKE_STR(INTRIN_HLE), #endif#ifdef INTRIN_RTMPT_MAKE_STR(INTRIN_RTM), #endif};//// 获取程序位数（被编译为多少位的代码） //int GetProgramBits(void) //{ // return sizeof(int*) * 8; //}void print_MACRO_T(const MACRO_T* pArray, int cnt) {int i;for( i = 0; i < cnt; ++i ){printf( "%s\t%s\n", pArray[i].name, pArray[i].value );}printf( "\n" ); }int main(int argc, char* argv[]) {printf("testzintrin v1.02 (%dbit)\n\n", INTRIN_WORDSIZE);printf("Compiler: %s\n", INTRIN_COMPILER_NAME);print_MACRO_T(g_intrins, sizeof(g_intrins)/sizeof(g_intrins[0]));// _mm_malloc #ifdef INTRIN_SSEif(1){void* p;p = _mm_malloc(0x10, 0x10);printf("_mm_malloc:\t%ph\n", p);_mm_free(p);} #endif// mmx #ifdef INTRIN_MMX_mm_empty(); #endif// 3DNow! #ifdef INTRIN_3dNOW//_m_femms(); // AMD cpu only. #endif// sse #ifdef INTRIN_SSEif(1){__m128 xmm1;float f;printf("&xmm1:\t%ph\n", &xmm1);xmm1 = _mm_setzero_ps(); // SSE instruction: xorpsf = _mm_cvtss_f32(xmm1);printf("_mm_cvtss_f32:\t%f\n", f);} #endif// popcnt #ifdef INTRIN_POPCNTprintf("popcnt(0xffffffffu):\t%u\n", _mm_popcnt_u32(0xffffffffu));#if INTRIN_WORDSIZE>=64printf("popcnt(0xffffffffffffffffull):\t%u\n", (int)_mm_popcnt_u64(0xffffffffffffffffull));#endif #endif// avx2: only Haswell+ #ifdef INTRIN_AVX2if(1){INTRIN_ALIGN(32) uint16_t buf[16];volatile __m256i ymm1; // volatile是为了避免编译优化剔除下面的AVX2代码.printf("&ymm1:\t%ph\n", &ymm1);ymm1 = _mm256_setzero_si256(); // [AVX2] VPXOR. 编译优化时可能会变为 [AVX] VXORPSymm1 = _mm256_add_epi16(ymm1, ymm1); // // [AVX2] VPADDW_mm256_store_si256((__m256i*)buf, ymm1); // [AVX] VMOVDQAprintf("ymm1[0]:\t%u\n", buf[0]);} #endifreturn 0; }
2.3 makefile
全部代码——
View Code # flags CC = gcc CFS = -Wall LFS = # args RELEASE =0 BITS = CFLAGS = -msse# [args] 生成模式. 0代表debug模式, 1代表release模式. make RELEASE=1. ifeq ($(RELEASE),0)# debugCFS += -g else# releaseCFS += -static -O3 -DNDEBUGLFS += -static endif# [args] 程序位数. 32代表32位程序, 64代表64位程序, 其他默认. make BITS=32. ifeq ($(BITS),32)CFS += -m32LFS += -m32 elseifeq ($(BITS),64)CFS += -m64LFS += -m64elseendif endif# [args] 使用 CFLAGS 添加新的参数. make CFLAGS="-mpopcnt -msse4a". CFS += $(CFLAGS).PHONY : all clean# files TARGETS = testzintrin OBJS = testzintrin.oall : $(TARGETS)testzintrin : $(OBJS)$(CC) $(LFS) -o $@ $^testzintrin.o : testzintrin.c zintrin.h$(CC) $(CFS) -c $<clean :rm -f $(OBJS) $(TARGETS) $(addsuffix .exe,$(TARGETS))
三、测试
在以下编译器中成功编译——
VC6：x86版。
VC2003：x86版。
VC2005：x86版、x64版。
VC2010：x86版、x64版。
VC2012：x86版、x64版。
GCC 4.7.0（Fedora 17 x64）：x86版、x64版。
GCC 4.6.2（MinGW(20120426)）：x86版。
GCC 4.6.1（TDM-GCC(MinGW-w64)）：x86版、x64版。
llvm-gcc-4.2（Mac OS X Lion 10.7.4, Xcode 4.4.1）：x86版、x64版。
运行效果——
出现“停止工作”对话框是正常的。表示编译器已经正常的生成了AVX2代码，但因CPU不支持AVX2指令而抛出异常（2013的Haswell才支持AVX2）。
可检查汇编列表文件验证这一论断。摘自“Release\testzintrin.cod”——
; 235 : ymm1 = _mm256_setzero_si256(); // [AVX2] VPXOR. 编译优化时可能会变为 [AVX] VXORPS000af c5 fc 57 c0 vxorps ymm0, ymm0, ymm0000b3 c5 fd 7f 44 243c vmovdqa YMMWORD PTR _ymm1$2[esp+92], ymm0; 236 : ymm1 = _mm256_add_epi16(ymm1, ymm1); // // [AVX2] VPADDW000b9 c5 fd 6f 4c 243c vmovdqa ymm1, YMMWORD PTR _ymm1$2[esp+92]000bf c5 fd 6f 44 243c vmovdqa ymm0, YMMWORD PTR _ymm1$2[esp+92]000c5 c5 fd fd c1 vpaddw ymm0, ymm0, ymm1000c9 c5 fd 7f 44 243c vmovdqa YMMWORD PTR _ymm1$2[esp+92], ymm0; 237 : _mm256_store_si256((__m256i*)buf, ymm1); // [AVX] VMOVDQA000cf c5 fd 6f 44 243c vmovdqa ymm0, YMMWORD PTR _ymm1$2[esp+92]
参考文献——
《ISO/IEC 9899:1999 (C99)》。ISO/IEC，1999。www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1124.pdf
《Predefined Macros》. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/b0084kay(v=vs.110).aspx
《[GCC] The C Preprocessor》中的《3.7.2 Common Predefined Macros》. GNU, 2011. http://gcc.gnu.org/onlinedocs/cpp/Predefined-Macros.html
《兼容C99标准的stdint.h》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/08/08/c99int.html
《Intrinsics头文件与SIMD指令集、Visual Studio版本对应表》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/02/28/vs_intrin_table.html
《GCC中的Intrinsics头文件与SIMD指令集、宏、参数的对应表》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/08/27/intrin_table_gcc.html
《检查了一下VC2012新增的Intrinsics函数集，发现它支持ARM指令和Haswell新指令》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/11/06/intrin_vc2012.html
《[C] zintrin.h : 智能引入intrinsic函数。支持VC、GCC，兼容Windows、Linux、Mac OS X》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/09/23/zintrin.html
《[C] zintrin.h: 智能引入intrinsic函数 V1.01版。改进对Mac OS X的支持，增加INTRIN_WORDSIZE宏》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/10/01/zintrin_v101.html
源码下载——
http://files.cnblogs.com/zyl910/zintrin_v102.rar
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