C++ 函式效能最佳化中的 CPU 指令集最佳化

CPU指令集优化是一种通过利用现代CPU特定指令来提升函数性能的技术，包括：AVX指令集：提供SIMD指令，一次处理多个数据元素，提高性能。SSE指令集：提供SIMD指令和高级功能，如安全内存复制。实战案例：利用AVX指令优化图像滤波器，显著提升性能，缩短图像处理时间。

C 函数性能优化中的 CPU 指令集优化

概述

CPU 指令集优化是通过利用现代 CPU 提供的特定指令来提高函数性能的一种技术。这些指令通常针对特定类型的操作进行了优化，例如浮点计算或字符串处理。通过使用这些指令，可以显着减少执行时间。

AVX 指令集

AVX（高级矢量扩展）是一种 CPU 指令集，它提供了用于执行单指令多数据（SIMD）操作的指令。SIMD 操作允许处理器一次处理多个数据元素，从而提高性能。

例如，以下代码使用 AVX 指令并行计算一组数字的总和：

#include <immintrin.h>

__m256 sum(float* arr, size_t size) {
  __m256 sum_vec = _mm256_setzero_ps();
  for (size_t i = 0; i < size; i += 8) {
    __m256 val_vec = _mm256_loadu_ps(arr + i);
    sum_vec = _mm256_add_ps(sum_vec, val_vec);
  }
  return sum_vec;
}

SSE 指令集

SSE（流式 SIMD 扩展）是另一种 CPU 指令集，它提供了用于执行 SIMD 操作的指令以及其他高级功能。

例如，以下代码使用 SSE 指令来安全地复制一组内存：

#include <tmmintrin.h>

void secure_memcpy(void* dst, void* src, size_t size) {
  char* dst_char = (char*)dst;
  char* src_char = (char*)src;
  for (size_t i = 0; i < size; i += 16) {
    _mm_storeu_si128((__m128i*)dst_char, _mm_loadu_si128((__m128i*)src_char));
    dst_char += 16;
    src_char += 16;
  }
}

实战案例

以下是一个使用 CPU 指令集优化来优化图像处理任务的实战案例：

// 使用 AVX 指令并行化图像滤波器
__m256 filter_image(float* image, float* filter, size_t width, size_t height) {
  __m256filtered_image = _mm256_setzero_ps();
  for (size_t y = 0; y < height; y++) {
    for (size_t x = 0; x < width; x += 8) {
      __m256 image_vec = _mm256_loadu_ps(image + y * width + x);
      __m256 filter_vec = _mm256_loadu_ps(filter);
      filtered_image_vec = _mm256_add_ps(filtered_image_vec,
                          _mm256_mul_ps(image_vec, filter_vec));
    }
  }
  return filtered_image;
}

使用 CPU 指令集优化后，图像滤波器的性能显着提高，从而减少了图像处理时间。

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