Question

我需要知道__m128中存储了最大绝对值的值的符号。这是我现在的解决方案：

int getMaxSign(__m128 const& vec) {
    static const __m128 SIGN_BIT_MASK = 
      _mm_castsi128_ps(_mm_set1_epi32(0x80000000));

    // This creates an int, where sign(a) is 1 if a is negative, 0 o.w.:
    // sign(a3)<<3 | sign(a2)<<2 | sign(a1)<<1 | sign(a0)
    const int signMask = _mm_movemask_ps(vec);

    // Get the absolute value of the vector;
    __m128 absValsMMX = _mm_andnot_ps(SIGN_BIT_MASK, vec);

    // Figure out the horizontal max
    __declspec(align(16)) float absVals[4];
    _mm_store_ps(absVals, absValsMMX);

    const float maxVal = std::max(std::max(absVals[0], absVals[1]), absVals[2]);

    return (maxVal == absVals[0] ? signMask & 0x1 : 
      (maxVal == absVals[1] ? signMask & 0x2 : signMask & 0x4));
}

在这种情况下，如果具有最大绝对值的值为负，则sign将为1，否则为0，但我实际上并不关心约定是什么。另一件事是我使用这些__m128表示同源向量，所以我知道最后一个值总是为0.

对于相对简单的任务来说，这似乎要做很多工作。我怎么能更快地做到这一点？

谢谢！

Answer 1

这是一种可能的实现（在C中）：

int getMaxSign(const __m128 v)
{
    __m128 v1, vmax, vmin, vsign;
    float sign;

    v1 = (__m128)_mm_alignr_epi8((__m128i)v, (__m128i)v, 4); // v1 = v rotated by 1 element
    vmax = _mm_max_ps(v, v1);           // generate horizontal max/min
    vmin = _mm_min_ps(v, v1);
    vmax = _mm_max_ps(vmax, (__m128)_mm_alignr_epi8((__m128i)vmax, (__m128i)vmax, 8));
    vmin = _mm_min_ps(vmin, (__m128)_mm_alignr_epi8((__m128i)vmin, (__m128i)vmin, 8));
    vsign = _mm_add_ps(vmax, vmin);     // add max and min to get sign of abs max
    sign = _mm_extract_ps(vsign, 0);
    return (int)(sign < 0.0f);          // return 1 for negative
}

虽然这看起来像很多代码，但它只有大约9个SSE指令，并且没有内存访问，没有分支和非常少的标量代码。

请注意，上面使用了SSSE3和SSE4.1指令。

这是第二个版本，只需要SSSE3：

int getMaxSign(const __m128 v)
{
    __m128 v1, vmax, vmin, vsign;
    int mask;

    v1 = (__m128)_mm_alignr_epi8((__m128i)v, (__m128i)v, 4); // v1 = v rotated by 1 element
    vmax = _mm_max_ps(v, v1);           // generate horizontal max/min
    vmin = _mm_min_ps(v, v1);
    vmax = _mm_max_ps(vmax, (__m128)_mm_alignr_epi8((__m128i)vmax, (__m128i)vmax, 8));
    vmin = _mm_min_ps(vmin, (__m128)_mm_alignr_epi8((__m128i)vmin, (__m128i)vmin, 8));
    vsign = _mm_add_ps(vmax, vmin);     // add max and min to get sign of abs max
    mask = _mm_movemask_epi8((__m128i)vsign);
    return (mask & 8) != 0;             // return 1 for negative
}

这会产生12条指令：

pshufd  $57, %xmm0, %xmm1
movdqa  %xmm0, %xmm2
minps   %xmm1, %xmm2
pshufd  $78, %xmm2, %xmm3
minps   %xmm3, %xmm2
maxps   %xmm1, %xmm0
pshufd  $78, %xmm0, %xmm1
maxps   %xmm1, %xmm0
addps   %xmm2, %xmm0
pmovmskb    %xmm0, %eax
shrl    $3, %eax
andl    $1, %eax

注意编译器如何巧妙地将palignr更改为pshufd，并且仅使用shrl和andl来实现最终的标量测试。

对于Visual Studio C / C ++的注意事项：要在__m128和__m128i之间进行投射，您需要使用_mm_castps_si128和_mm_castsi128_ps，例如

    mask = _mm_movemask_epi8((__m128i)vsign);

需要更改为：

    mask = _mm_movemask_epi8(_mm_castps_si128(vsign));

Answer 2

m = min(a,b,c);  
M = max(a,b,c);  

// return abs(m)>abs(M) ? sign(m): sign(M);   // was
return sign(m+M);

正如Paul_R正确注意到的那样，符号来自于最小值和最大值的总和。赢得更大（相反签名）的绝对值。

但是这个想法可以被更多地利用：最小/最大的总和是相同的，所有元素的总和减去中间的一个，可以通过最多3次比较找到。

return sign(a+b+c - middle(a,b,c));  // or
return sign(a*aw + b*bw + c*cw);     // where aw,bw,cw = [0,1]

aw，bw，cw可以从赢得比较的数量得出（我认为必须仔细计划这个案例，当有2或3个相等的值时。）

进一步说：

x = abs(b)>abs(a)?b:a;
return sign(x+c);

可能更进一步：

s = sign(a + b);  // store the sign of larger of a or b  
a = abs(a); b=abs(b);  
a = max(a,b) | s;   // somehow copy the sign.  
return sign(a+c);

Answer 3

如果您的数字是离散的，并且间距适当，并且从有限的子集中绘制，则还有其他可能性。

如果你保证a，b和c是整数，那么你可以将矢量乘以它以获得奇数幂，然后用＆lt; 1,1,1＆gt;点对它。例如，如果我们将它自己乘以4次，它会给你＆lt; a ^ 5，b ^ 5，c ^ 5＆gt;。如果| a |是最大的|和| = = 2，那么我们知道b和c将是1或0，因此a ^ 3的值将占主导地位并且点积将具有其符号。例如，如果X =＆lt; a = -2，b = 1，c = 0＆gt;然后X ^ 5 =＆lt; -32,1,0＆gt;。当你用＆lt; 1,1,1＆gt;点缀它时你得到-31，其标志反映出最大绝对值。随着最大数量的绝对值增加，它与其他项之间的差异将倾向于收敛 - 例如，如果我们具有＆lt; -8,7,7＆gt;，则上述算法给出X ^ 5 =＆lt; -32768,16807,16807＆gt;，用＆lt; 1,1,1＆gt;表示点。并且得到846，因此算法以指数5失败。如果我们将指数推高到7，我们得到＆lt; -2097152,823543,823543＆gt;，点缀为＆lt; 1,1,1＆gt;给我们-450066，这是正确的答案。最终的舍入错误也会破坏这种方法。但我希望如果您了解数据集的限制，它可能会对其他替代方案提供一些见解。

作为脚注，记住X ^ 5 =（X * X）*（X * X）* X，所以你做一个乘法得到X ^ 2，乘以它得到X ^ 4，然后乘以X - 三次乘以总数。你需要一个奇数指数来保留符号。

在__m128，SSE4中标记最大绝对值

3 个答案: