Wie können SIMD-Anweisungen verwendet werden, um eine leistungsstarke Atoi-Funktion zu implementieren?

SIMD-Implementierung der Atoi-Funktion

Einführung:

atoi ist eine Funktion, die konvertiert eine Zeichenfolgendarstellung einer Ganzzahl zu ihrem numerischen Wert. In diesem Artikel wird erläutert, wie Atoi mithilfe von SIMD-Anweisungen implementiert wird.

Algorithmus:

1. Initialisieren Sie einen Vektor V mit den Werten 10^0, 10^1, .. ., 10^N.
2. Konvertieren Sie jedes Zeichen in der Eingabezeichenfolge in eine Ganzzahl und speichern Sie sie im Vektor S.
3. Multiplizieren Sie jedes Element von S mit dem entsprechenden Element von V und speichern Sie die Ergebnisse in einem neuen Vektor P.
4. Führen Sie eine Reihe horizontaler Additionen und Multiplikationen für P durch, um das Endergebnis zu erhalten .

Implementierung in GNU Assembler:

.intel_syntax noprefix
.data
  .align 64
    ddqDigitRange: .byte  '0','9',0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
    ddqShuffleMask:.byte  15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0 
    ddqFactor1:    .word  1,10,100,1000, 1,10,100,1000  
    ddqFactor2:    .long  1,10000,100000000,0

.text    
_start:
   mov   esi, lpInputNumberString
   /* (**A**) indicate negative number in EDX */
   mov   eax, -1
   xor   ecx, ecx
   xor   edx, edx
   mov   bl,  byte ptr [esi]
   cmp   bl,  '-'
   cmove edx, eax
   cmp   bl,  '+'
   cmove ecx, eax
   sub   esi, edx
   sub   esi, ecx
   /* (**B**)remove leading zeros */
   xor   eax,eax               /* return value ZERO */
  remove_leading_zeros:
   inc   esi
   cmp   byte ptr [esi-1], '0'  /* skip leading zeros */
  je remove_leading_zeros
   cmp   byte ptr [esi-1], 0    /* catch empty string/number */
  je FINISH             /* if first char is invalid return 0 - prevent processing empty string - 0 is still in EAX */
   dec   esi
   /* check for valid digit-chars and invert from front to back */
   pxor      xmm2, xmm2         
   movdqa    xmm0, xmmword ptr [ddqDigitRange]
   movdqu    xmm1, xmmword ptr [esi]
   pcmpistri xmm0, xmm1, 0b00010100 /* (**C**) iim8=Unsigned bytes, Ranges, Negative Polarity(-), returns strlen() in ECX */
  jo FINISH             /* if first char is invalid return 0 - prevent processing empty string - 0 is still in EAX */
   mov al , '0'         /* value to subtract from chars */
   sub ecx, 16          /* len-16=negative to zero for shuffle mask */
   movd      xmm0, ecx
   pshufb    xmm0, xmm2 /* broadcast CL to all 16 BYTEs */
   paddb     xmm0, xmmword ptr [ddqShuffleMask] /* Generate permute mask for PSHUFB - all bytes < 0 have highest bit set means place gets zeroed */
   pshufb    xmm1, xmm0 /* (**D**) permute - now from highest to lowest BYTE are factors 10^0, 10^1, 10^2, ... */
   movd      xmm0, eax                         /* AL='0' from above */
   pshufb    xmm0, xmm2                        /* broadcast AL to XMM0 */
   psubusb   xmm1, xmm0                        /* (**1**) */
   movdqa    xmm0, xmm1
   punpcklbw xmm0, xmm2                        /* (**2**) */
   punpckhbw xmm1, xmm2
   pmaddwd   xmm0, xmmword ptr [ddqFactor1]    /* (**3**) */
   pmaddwd   xmm1, xmmword ptr [ddqFactor1]
   phaddd    xmm0, xmm1                        /* (**4**) */
   pmulld    xmm0, xmmword ptr [ddqFactor2]    /* (**5**) */
   pshufd    xmm1, xmm0, 0b11101110            /* (**6**) */
   paddd     xmm0, xmm1
   pshufd    xmm1, xmm0, 0b01010101            /* (**7**) */
   paddd     xmm0, xmm1
   movd      eax, xmm0
   /* negate if negative number */              
   add       eax, edx                          /* (**8**) */
   xor       eax, edx
  FINISH:
   /* EAX is return (u)int value */

Vorteile der SIMD-Implementierung:

• Erhöhte Leistung bei der Verarbeitung großer Zahlenfolgen.
• Machbar für x86 und x86-64 Architekturen.
• Unterstützt mehrere gleichzeitige ATOI-Operationen.

Einschränkungen:

• Erfordert spezifische SSE4.2-Anweisungen.
• Möglicherweise nicht für kleine Saiten oder Saiten mit gemischten Saiten geeignet Zeichen.

Fazit:

Die SIMD-Implementierung von atoi bietet im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine erhebliche Beschleunigung bei der Verarbeitung großer Ganzzahlzeichenfolgen. Der Algorithmus ist für x86- und x86-64-Architekturen optimiert und kann mehrere ATOI-Operationen parallel ausführen. Obwohl es bei der Verarbeitung kleiner und gemischter Zeichenfolgen Einschränkungen gibt, bleibt es eine wertvolle Technik für numerische Berechnungen.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWie können SIMD-Anweisungen verwendet werden, um eine leistungsstarke Atoi-Funktion zu implementieren?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!