C++ 为什么gcc/clang使用两个128位xmm寄存器来传递单个值？

所以我偶然发现了一些我想理解的东西，因为它让我头疼。我有以下代码：

#include <stdio.h>
#include <smmintrin.h>

typedef union {
    struct { float x, y, z, w; } v;
    __m128 m;
} vec;

vec __attribute__((noinline)) square(vec a)
{
    vec x = { .m = _mm_mul_ps(a.m, a.m) };
    return x;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    float f = 4.9;
    vec a = (vec){f, f, f, f};
    vec res = square(a); // ?
    printf("%f %f %f %f\n", res.v.x, res.v.y, res.v.z, res.v.w);
    return 0;
}

#包括
#包括
typedef联合{
结构{float x，y，z，w；}v；
__m128米；
}vec；
向量属性（（noinline））平方（向量a）
{
vec x={.m={mm\u mul\u ps（a.m，a.m）}；
返回x；
}
int main（int argc，char*argv[]）
{
浮点数f=4.9；
向量a=（向量）{f，f，f}；
vec res=平方（a）；/？
printf（“%f%f%f%f\n”，res.v.x，res.v.y，res.v.z，res.v.w）；
返回0；
}

现在，在我看来，在

main

中调用

square

应该将

a

的值放在

xmm0

中，这样

square

函数就可以执行

mulps xmm0，xmm0

并用它来完成

这不是我使用clang或gcc编译时发生的情况。相反，

a

的前8个字节放在

xmm0

中，接下来的8个字节放在

xmm1

中，这使得

square

的功能更加复杂，因为它需要修补备份

知道为什么吗

注：这是与-O3优化

---

经过进一步研究，它似乎与联合类型有关。如果函数采用直线_m128，则生成的代码将在单个寄存器（xmm0）中预期值。但是考虑到它们都应该适合xmm0，我不明白为什么在使用

vec

类型时它会被拆分为两个半使用的寄存器。

编辑：在第二次通读时，我不太确定为什么会发生这种情况，但我更确定这就是发生的地方。我认为这个答案不正确，但我还是不说了，因为它可能会有帮助

只为叮当声说话：

这似乎是一个问题，只是编译器启发式的一个不幸的副作用

从clang（文件

CGRecordLayoutBuilder.cpp

，函数）的简要介绍中可以看出，llvm在内部并不表示这样的联合类型，函数的类型也不会根据函数中的用途而改变

clang查看了您的函数，发现它需要16字节的参数作为类型签名，然后使用启发式方法选择它认为最好的类型。它支持

{double，double}

解释而不是

（这将使它在您的情况下获得最大的效率），因为double在对齐方面更为宽松

我对铿锵的内部结构不是专家，所以我可能会大错特错，但看起来并没有一个特别好的方法来解决这个问题。如果您想要优化版本，您可能必须使用指针转换而不是联合来获得它

我怀疑是代码导致了问题：

void CGRecordLowering::lowerUnion() {
    ...
    // Conditionally update our storage type if we've got a new "better" one.
    if (!StorageType ||
        getAlignment(FieldType) >  getAlignment(StorageType) ||
        (getAlignment(FieldType) == getAlignment(StorageType) &&
        getSize(FieldType) > getSize(StorageType)))
      StorageType = FieldType;
    ...
}

---

编译器只是试图遵循System V应用程序二进制接口AMD64体系结构处理器补充，第3.2.3节参数传递中指定的调用约定

有关要点如下：

我们首先定义一些类来对参数进行分类。这个
类与AMD64寄存器类相对应，定义如下：
SSE类由适合向量寄存器的类型组成。
SSEUP类由适合向量寄存器的类型组成，并且可以
将以其高位字节传递和返回。
每个参数的大小被四舍五入到八字节。
基本类型被指定为其自然类：
float、double、_Decimal32、_Decimal64和uu m64类型的参数是
在课堂上。
聚合（结构和数组）和联合类型的分类
工作内容如下：
如果骨料的大小超过一个八字节，则每个八字节
单独分类。

---

应用上述规则意味着嵌入式结构的

x，y

和

z，w

对被分别归类为

SSE

类，这反过来意味着它们必须在两个单独的寄存器中传递。在这种情况下，

m

成员的存在没有任何效果，您甚至可以删除它。

您是否使用过其他命令行选项？总是值得尝试打开/关闭，看看它如何影响生成的代码。我会尝试，有什么建议吗？有这么多的开关。我不熟悉

clang

，但在GCC上有很多特定于x86的

x86，许多与SSE有关。还有，优化和调试标志呢？老实说，我很惊讶它没有使用四个寄存器，因为这就是它传递四个浮点的方式。由于您使用的是gcc，我建议您使用，而不是带有四个浮点数的结构。如果您使用一个直的uum128，甚至是一个包含单个uum128的结构，那么它将按照ABI在xmm0中传递它。但我认为ABI坚持认为工会应该通过谈判（尽管我很可能错了）。这似乎是答案。我想第一点可能会优先，因为它适合向量寄存器。有趣。