Question

我很想知道MSVC是否使用了bitset::count编译器内在的__popcnt。

环顾四周，我发现这是VS2017 std::bitset::count的实现：

size_t count() const _NOEXCEPT
        {   // count number of set bits
        const char *const _Bitsperbyte =
            "\0\1\1\2\1\2\2\3\1\2\2\3\2\3\3\4"
            "\1\2\2\3\2\3\3\4\2\3\3\4\3\4\4\5"
            "\1\2\2\3\2\3\3\4\2\3\3\4\3\4\4\5"
            "\2\3\3\4\3\4\4\5\3\4\4\5\4\5\5\6"
            "\1\2\2\3\2\3\3\4\2\3\3\4\3\4\4\5"
            "\2\3\3\4\3\4\4\5\3\4\4\5\4\5\5\6"
            "\2\3\3\4\3\4\4\5\3\4\4\5\4\5\5\6"
            "\3\4\4\5\4\5\5\6\4\5\5\6\5\6\6\7"
            "\1\2\2\3\2\3\3\4\2\3\3\4\3\4\4\5"
            "\2\3\3\4\3\4\4\5\3\4\4\5\4\5\5\6"
            "\2\3\3\4\3\4\4\5\3\4\4\5\4\5\5\6"
            "\3\4\4\5\4\5\5\6\4\5\5\6\5\6\6\7"
            "\2\3\3\4\3\4\4\5\3\4\4\5\4\5\5\6"
            "\3\4\4\5\4\5\5\6\4\5\5\6\5\6\6\7"
            "\3\4\4\5\4\5\5\6\4\5\5\6\5\6\6\7"
            "\4\5\5\6\5\6\6\7\5\6\6\7\6\7\7\x8";
        const unsigned char *_Ptr = &reinterpret_cast<const unsigned char&>(_Array);
        const unsigned char *const _End = _Ptr + sizeof (_Array);
        size_t _Val = 0;
        for ( ; _Ptr != _End; ++_Ptr)
            _Val += _Bitsperbyte[*_Ptr];
        return (_Val);
        }

看起来它使用查找表来获取任何给定字节的位数，然后计算每个字节的1的数量。

According to this answer here，GCC就像这样实现它（按照我的想法）：

/// Returns the number of bits which are set.
size_t
count() const { return this->_M_do_count(); }      

size_t
_M_do_count() const
{
  size_t __result = 0;
  for (size_t __i = 0; __i < _Nw; __i++)
  __result += __builtin_popcountl(_M_w[__i]);
  return __result;
}

虽然我没有对任何事情进行基准测试，但我敢打赌，GCC的实施在这里要快得多。

因此，有没有令人信服的理由说明为什么MSVC会像这样实施std::bitset::count？我的猜测是MSVC有一个全能的“STL中没有编译器内在函数”的策略，或者我忽略的两个平台之间存在差异。

Answer 1

GCC中__builtin_popcountl的内部实现并不是更好，取决于体系结构，如下所示。

i = i - ((i >> 1) & 0x55555555);
i = (i & 0x33333333) + ((i >> 2) & 0x33333333);
return (((i + (i >> 4)) & 0xF0F0F0F) * 0x1010101) >> 24;

仅适用于从2006年开始仅支持AMD CPU的SSE4a指令集，__builtin_popcountl由一个汇编指令POPCNT组成。

MSDN说

这些内在函数中的每一个都会生成popcnt指令。 popcnt指令返回的值的大小与其参数的大小相同。在32位模式下，没有64位通用寄存器，因此没有64位popcnt。

要确定对popcnt指令的硬件支持，请使用InfoType = 0x00000001调用__cpuid内在函数，并检查CPUInfo [2]（ECX）的第23位。如果支持该指令，则该位为1，否则为0。如果您运行的代码在不支持popcnt指令的硬件上使用此内在函数，则结果是不可预测的。

我认为MSVC团队不希望使用具有条件的内在函数来支持一种独立于CPU和体系结构的通用解决方案。

Answer 2

没有“ STL中没有编译器内部函数”策略，但是有一个要求STL应该在所有受支持的CPU上运行，并且最低CPU版本由最低OS版本的最低要求来选择。因此，只有在为较旧的CPU提供回退功能的情况下，才有可能使用内部指令向较新的CPU注入指令。

当前，VS 2019中的C ++ 20 std::popcount使用运行时CPU检测，它会退回到位计数。

std::bitset::count也可以开始使用相同的方法。 STL GitHub中有一个issue，等待维护者或贡献者来实施。

为什么MSVC在其std :: bitset :: count的实现中不使用__popcnt？

2 个答案: