使用SSE4.2指令集提升程序性能的技巧

一、簡介

SSE（Streaming SIMD Extensions）指令集是Intel在1999年推出的向量處理指令集，對CPU計算性能有着顯著的提升。而SSE4.2是SSE指令集的最新版本，它支持一些新的指令，可以有效地優化某些類型的應用程序。本文將介紹一些使用SSE4.2指令集提升程序性能的技巧。

二、使用__m128i類型

SSE4.2指令集新增了一種數據類型__m128i，它可以存儲128位的整型數據，並且支持在其中進行向量化運算。使用__m128i類型可以將原本需要多條指令才能完成的操作，轉換成一條指令，從而提升程序的運行效率。

// 示例代碼，使用__m128i類型進行向量化操作
__m128i a = _mm_set_epi32(1, 2, 3, 4);
__m128i b = _mm_set_epi32(2, 3, 4, 5);
__m128i c = _mm_add_epi32(a, b); // 實現a和b中對應元素的加法運算

三、使用SSE4.2指令進行字符串匹配

字符串匹配是一種常見的操作，SSE4.2指令集提供了一些指令，可以快速地實現字符串匹配，從而提升程序的速度。比如，_mm_cmpestrm指令可以在兩個指定內存塊中查找特定的字符串，並返回匹配的結果。

// 示例代碼，使用_mm_cmpestrm進行字符串匹配
const char* str1 = "hello, world";
const char* str2 = "world";
__m128i str1_vec = _mm_loadu_si128((__m128i*)str1);
__m128i str2_vec = _mm_loadu_si128((__m128i*)str2);
__m128i mask = _mm_cmpestrm(str1_vec, strlen(str1), str2_vec, strlen(str2), _SIDD_CMP_EQUAL_ANY);
int result = _mm_extract_epi32(mask, 0); // 如果匹配，返回非零值

四、使用SSE4.2指令進行CRC校驗

CRC校驗是一種數據校驗方法，它可以檢測數據傳輸過程中的錯誤。SSE4.2指令集提供了一些指令，可以快速地計算CRC校驗值，從而提升程序的速度。

// 示例代碼，使用SSE4.2指令進行CRC32校驗
uint32_t crc32(const void* data, size_t len)
{
    const uint8_t* p = (const uint8_t*)data;
    uint32_t crc = 0xFFFFFFFF;
    while (len >= 16) {
        __m128i data_vec = _mm_loadu_si128((__m128i*)p);
        crc = _mm_crc32_u32(crc, _mm_extract_epi32(data_vec, 0));
        crc = _mm_crc32_u32(crc, _mm_extract_epi32(data_vec, 1));
        crc = _mm_crc32_u32(crc, _mm_extract_epi32(data_vec, 2));
        crc = _mm_crc32_u32(crc, _mm_extract_epi32(data_vec, 3));
        p += 16;
        len -= 16;
    }
    while (len >= 4) {
        crc = _mm_crc32_u32(crc, *(uint32_t*)p);
        p += 4;
        len -= 4;
    }
    while (len--) {
        crc = _mm_crc32_u8(crc, *p++);
    }
    return crc ^ 0xFFFFFFFF;
}

五、使用SSE4.2指令進行整數排序

在一些情況下，需要對大量的整數進行排序，SSE4.2指令集提供了一種快速的整數排序方法。_mm_cmpistri指令可以在兩個整數數組中查找特定順序的元素，並返回它們的位置。

// 示例代碼，使用SSE4.2指令進行整數排序
const int num[] = {3, 1, 4, 2, 5};
const int size = sizeof(num) / sizeof(int);
__m128i num_vec = _mm_load_si128((__m128i*)num);
__m128i idx_vec = _mm_set_epi8(4, 3, 2, 1, 0, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1);
__m128i mask = _mm_cmpgt_epi32(num_vec, _mm_shuffle_epi8(num_vec, idx_vec));
__m128i idxs = _mm_set_epi32(4, 3, 2, 1);
int pos = _mm_extract_epi32(_mm_cmpistri(mask, num_vec, _SIDD_UBYTE_OPS|_SIDD_CMP_EQUAL_EACH), 0); // pos = 2
int swapped = _mm_extract_epi32(_mm_shuffle_epi8(num_vec, _mm_add_epi32(idxs, _mm_set1_epi32(pos))), 0); // swapped = 2