[C] zintrin.h : 智能引入intrinsic函数。支持VC、GCC，兼容Windows、Linux、Mac OS X

[C] zintrin.h : 智能引入intrinsic函数。支持VC、GCC，兼容Windows、Linux、Mac OS X
博客来源：http://blog.csdn.net/zyl910/article/details/8100744

现在很多编译器支持intrinsic函数，这给编写SSE等SIMD代码带来了方便。但是各个编译器略有差异，于是我编写了zintrin.h，智能引入intrinsic函数。

一、各种编译器的区别

1.1 Visual C++（Windows）

　　最早支持intrinsic函数的VC编译器是VC 6.0。它在装上Visual Studio 6.0 Service Pack 5、Visual C++ 6.0 Processor Pack这两个补丁后，便提供了mmintrin.h、mm3dnow.h、xmmintrin.h、emmintrin.h，用于支持MMX、3DNow!、SSE、SSE2的intrinsic函数。
　　从VC2005开始，提供了intrin.h，用于引入所有的intrinsic函数。
　　详见——
http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/02/28/vs_intrin_table.html
Intrinsics头文件与SIMD指令集、Visual Studio版本对应表

　　如果希望得知当前编译环境是否支持某种intrinsic函数，只能利用_MSC_VER判断VC的版本来间接确认。
　　而且实际过程中会发现一些兼容性小问题，例如——VC不支持x64下的MMX指令、VC2008之前没有_mm_cvtss_f32 等。

1.2 GCC（Linux下的GCC、Windows下的MinGW）

　　gcc也支持intrinsic函数。例如在Fedora 17中，“/usr/lib/gcc/i686-redhat-linux/4.7.0/include/”目录下有Intrinsics头文件。而对于Windows中的MinGW，Intrinsics头文件是在MinGW的“libgccmingw324.6.2include”子目录中。
　　详见——
http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/08/27/intrin_table_gcc.html
GCC中的Intrinsics头文件与SIMD指令集、宏、参数的对应表

　　gcc允许通过命令行参数来控制是否打开某种指令集的支持，例如“-mmmx”用于打开MMX支持。可在终端中执行“gcc --target-help”，得到详细的参数列表。

　　当通过命令行参数打开指令集支持后，gcc会自动定义对应的预处理宏。例如用“-mmmx”打开MMX支持后，gcc会自动定义“__MMX__”这个预定义宏。这一类的预定义宏有——
__MMX__
__3dNOW__
__SSE__
__SSE2__
__SSE3__
__SSSE3__
__SSE4_1__
__SSE4_2__
__SSE4A__
__AES__
__PCLMUL__
__AVX__
__AVX2__
__F16C__
__FMA__
__FMA4__
__XOP__
__LWP__
__RDRND__
__FSGSBASE__
__LZCNT__
__POPCNT__
__BMI__
__BMI2__
__TBM__

　　gcc用于引入所有x86平台intrinsic函数的头文件是“x86intrin.h”，它会根据那些指令集预定义宏来引入相关的intrinsic函数。例如有“__MMX__”宏时，x86intrin.h会引入MMX的intrinsic函数。

1.3 Mac OS X 中的 llvm-gcc

　　我在Mac OS X系统中找了很久，貌似它不支持intrinsic函数。详细版本是——
操作系统：Mac OS X Lion 10.7.4(11E53)
编程工具：Xcode 4.4.1(1448)，并装好了它的“Command Line Tools”。

　　__llvm__这个预定义宏可用来判断是不是llvm-gcc。

二、设计

2.1 思路

　　不同的编译器引入intrinsic函数的办法——
对于VS2005之前的版本，只能手动逐个逐个的包含emmintrin.h、mm3dnow.h；
对于VS2005之后的版本，可以利用intrin.h引入所有intrinsic函数；
对于GCC，首先应该判断__llvm__宏来排除llvm-gcc，然后利用x86intrin.h引入所有intrinsic函数。

　　这样做太麻烦了，我想编写一个头文件智能引入intrinsic函数。这就是zintrin.h。

　　其次——
VC中，没有直接判断是否支持某种intrinsic函数的办法，只能利用_MSC_VER判断VC的版本来间接确认。而且还有x64环境下不支持MMX等特殊情况。
对于GCC，虽然可以利用__MMX__等宏判断是否打开了指令集支持，但这并不代表支持intrinsic函数。例如Mac OS X 中的 llvm-gcc，默认打开了__MMX__、__SSE__、__SSE2__，但它不支持intrinsic函数。

　　于是我想，如果有一种统一的方式判断当前编译环境是否支持某种intrinsic函数的办法就好了。

2.2 功能说明

　　功能——
1. 引入了编译器支持的所有intrinsic函数.
2. 提供了 INTRIN_MMX 等一系列宏用于判断当前编译环境是否支持该intrin函数.
3. 兼容性补丁. 例如 _mm_cvtss_f32 等.

　　用于判断当前编译环境是否支持该intrin函数的宏:
INTRIN_MMX
INTRIN_3dNOW
INTRIN_SSE
INTRIN_SSE2
INTRIN_SSE3
INTRIN_SSSE3
INTRIN_SSE4_1
INTRIN_SSE4_2
INTRIN_SSE4A
INTRIN_AES
INTRIN_PCLMUL
INTRIN_AVX
INTRIN_AVX2
INTRIN_F16C
INTRIN_FMA
INTRIN_FMA4
INTRIN_XOP
INTRIN_LWP
INTRIN_RDRND
INTRIN_FSGSBASE
INTRIN_LZCNT
INTRIN_POPCNT
INTRIN_BMI
INTRIN_BMI2
INTRIN_TBM

三、源码

3.1 zintrin.h

　　全部代码——
[cpp] view plain copy
1. #ifndef __ZINTRIN_H_INCLUDED
2. #define __ZINTRIN_H_INCLUDED
4. // 根据不同的编译器做不同的处理.
5. #if defined(__GNUC__) // GCC
6. #if (defined(__i386__) || defined(__x86_64__) ) && !defined(__llvm__) // Mac OS X 的 llvm 不支持 intrin 函数.
7. // header files
8. #include <x86intrin.h>
9. #include <cpuid.h>
11. // macros
12. #ifdef __MMX__
13. #define INTRIN_MMX 1
14. #endif
15. #ifdef __3dNOW__
16. #define INTRIN_3dNOW 1
17. #endif
18. #ifdef __SSE__
19. #define INTRIN_SSE 1
20. #endif
21. #ifdef __SSE2__
22. #define INTRIN_SSE2 1
23. #endif
24. #ifdef __SSE3__
25. #define INTRIN_SSE3 1
26. #endif
27. #ifdef __SSSE3__
28. #define INTRIN_SSSE3 1
29. #endif
30. #ifdef __SSE4_1__
31. #define INTRIN_SSE4_1 1
32. #endif
33. #ifdef __SSE4_2__
34. #define INTRIN_SSE4_2 1
35. #endif
36. #ifdef __SSE4A__
37. #define INTRIN_SSE4A 1
38. #endif
39. #ifdef __AES__
40. #define INTRIN_AES 1
41. #endif
42. #ifdef __PCLMUL__
43. #define INTRIN_PCLMUL 1
44. #endif
45. #ifdef __AVX__
46. #define INTRIN_AVX 1
47. #endif
48. #ifdef __AVX2__
49. #define INTRIN_AVX2 1
50. #endif
51. #ifdef __F16C__
52. #define INTRIN_F16C 1
53. #endif
54. #ifdef __FMA__
55. #define INTRIN_FMA 1
56. #endif
57. #ifdef __FMA4__
58. #define INTRIN_FMA4 1
59. #endif
60. #ifdef __XOP__
61. #define INTRIN_XOP 1
62. #endif
63. #ifdef __LWP__
64. #define INTRIN_LWP 1
65. #endif
66. #ifdef __RDRND__
67. #define INTRIN_RDRND 1
68. #endif
69. #ifdef __FSGSBASE__
70. #define INTRIN_FSGSBASE 1
71. #endif
72. #ifdef __LZCNT__
73. #define INTRIN_LZCNT 1
74. #endif
75. #ifdef __POPCNT__
76. #define INTRIN_POPCNT 1
77. #endif
78. #ifdef __BMI__
79. #define INTRIN_BMI 1
80. #endif
81. #ifdef __BMI2__
82. #define INTRIN_BMI2 1
83. #endif
84. #ifdef __TBM__
85. #define INTRIN_TBM 1
86. #endif
88. #endif // #if !defined(__llvm__)
90. #elif defined(_MSC_VER) // MSVC
91. // header files
92. #if _MSC_VER >=1400 // VC2005
93. #include <intrin.h>
94. #elif _MSC_VER >=1200 // VC6
95. #if (defined(_M_IX86) || defined(_M_X64))
96. #include <emmintrin.h> // MMX, SSE, SSE2
97. #include <mm3dnow.h> // 3DNow!
98. #endif
99. #endif // #if _MSC_VER >=1400
100. #include <malloc.h> // _mm_malloc, _mm_free.
102. // macros
103. #if (defined(_M_IX86) || defined(_M_X64))
104. #if _MSC_VER >=1200 // VC6
105. #if defined(_M_X64) && !defined(__INTEL_COMPILER)
106. // VC编译器不支持64位下的MMX.
107. #else
108. #define INTRIN_MMX 1 // mmintrin.h
109. #define INTRIN_3dNOW 1 // mm3dnow.h
110. #endif
111. #define INTRIN_SSE 1 // xmmintrin.h
112. #define INTRIN_SSE2 1 // emmintrin.h
113. #endif
114. #if _MSC_VER >=1300 // VC2003
115. #endif
116. #if _MSC_VER >=1400 // VC2005
117. #endif
118. #if _MSC_VER >=1500 // VC2008
119. #define INTRIN_SSE3 1 // pmmintrin.h
120. #define INTRIN_SSSE3 1 // tmmintrin.h
121. #define INTRIN_SSE4_1 1 // smmintrin.h
122. #define INTRIN_SSE4_2 1 // nmmintrin.h
123. #define INTRIN_SSE4A 1 // intrin.h
124. #define INTRIN_LZCNT 1 // intrin.h
125. #define INTRIN_POPCNT 1 // nmmintrin.h
126. #endif
127. #if _MSC_VER >=1600 // VC2010
128. #define INTRIN_AES 1 // wmmintrin.h
129. #define INTRIN_PCLMUL 1 // wmmintrin.h
130. #define INTRIN_AVX 1 // immintrin.h
131. #define INTRIN_FMA4 1 // ammintrin.h
132. #define INTRIN_XOP 1 // ammintrin.h
133. #define INTRIN_LWP 1 // ammintrin.h
134. #endif
135. #if _MSC_VER >=1700 // VC2012
136. #define INTRIN_AVX2 0 //TODO:待查证. 先设为0.
137. #define INTRIN_FMA 0
138. #define INTRIN_F16C 0
139. #define INTRIN_RDRND 0
140. #define INTRIN_FSGSBASE 0
141. #define INTRIN_BMI 0
142. #define INTRIN_BMI2 0
143. #define INTRIN_TBM 0
144. #endif
145. #endif
146. //TODO:待查证 VS配合intel C编译器时intrin函数的支持性.
148. // VC2008之前没有_mm_cvtss_f32
149. #if _MSC_VER <1500 // VC2008
150. // float _mm_cvtss_f32(__m128 _A);
151. #ifndef _mm_cvtss_f32
152. #define _mm_cvtss_f32(__m128_A) ( *(float*)(void*)&(__m128_A) )
153. #endif
154. #endif
156. #else
157. //#error Only supports GCC or MSVC.
158. #endif // #if defined(__GNUC__)
160. #endif // #ifndef __ZINTRIN_H_INCLUDED
3.2 testzintrin.c

　　全部代码——
[cpp] view plain copy
1. #include <stdio.h>
3. #include "zintrin.h"
5. #define PT_MAKE_STR(x) { #x, PT_MAKE_STR_ESC(x) }
6. #define PT_MAKE_STR_ESC(x) #x
8. typedef struct tagMACRO_T
9. {
10. const char *name;
11. const char *value;
12. } MACRO_T;
14. /* Intrinsics */
15. const MACRO_T g_intrins[] =
16. {
17. {"[Intrinsics]", ""},
19. #ifdef INTRIN_MMX
20. PT_MAKE_STR(INTRIN_MMX),
21. #endif
23. #ifdef INTRIN_3dNOW
24. PT_MAKE_STR(INTRIN_3dNOW),
25. #endif
27. #ifdef INTRIN_SSE
28. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE),
29. #endif
31. #ifdef INTRIN_SSE2
32. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE2),
33. #endif
35. #ifdef INTRIN_SSE3
36. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE3),
37. #endif
39. #ifdef INTRIN_SSSE3
40. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSSE3),
41. #endif
43. #ifdef INTRIN_SSE4_1
44. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE4_1),
45. #endif
47. #ifdef INTRIN_SSE4_2
48. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE4_2),
49. #endif
51. #ifdef INTRIN_SSE4A
52. PT_MAKE_STR(INTRIN_SSE4A),
53. #endif
55. #ifdef INTRIN_AES
56. PT_MAKE_STR(INTRIN_AES),
57. #endif
59. #ifdef INTRIN_PCLMUL
60. PT_MAKE_STR(INTRIN_PCLMUL),
61. #endif
63. #ifdef INTRIN_AVX
64. PT_MAKE_STR(INTRIN_AVX),
65. #endif
67. #ifdef INTRIN_AVX2
68. PT_MAKE_STR(INTRIN_AVX2),
69. #endif
71. #ifdef INTRIN_F16C
72. PT_MAKE_STR(INTRIN_F16C),
73. #endif
75. #ifdef INTRIN_FMA
76. PT_MAKE_STR(INTRIN_FMA),
77. #endif
79. #ifdef INTRIN_FMA4
80. PT_MAKE_STR(INTRIN_FMA4),
81. #endif
83. #ifdef INTRIN_XOP
84. PT_MAKE_STR(INTRIN_XOP),
85. #endif
87. #ifdef INTRIN_LWP
88. PT_MAKE_STR(INTRIN_LWP),
89. #endif
91. #ifdef INTRIN_RDRND
92. PT_MAKE_STR(INTRIN_RDRND),
93. #endif
95. #ifdef INTRIN_FSGSBASE
96. PT_MAKE_STR(INTRIN_FSGSBASE),
97. #endif
99. #ifdef INTRIN_LZCNT
100. PT_MAKE_STR(INTRIN_LZCNT),
101. #endif
103. #ifdef INTRIN_POPCNT
104. PT_MAKE_STR(INTRIN_POPCNT),
105. #endif
107. #ifdef INTRIN_BMI
108. PT_MAKE_STR(INTRIN_BMI),
109. #endif
111. #ifdef INTRIN_BMI2
112. PT_MAKE_STR(INTRIN_BMI2),
113. #endif
115. #ifdef INTRIN_TBM
116. PT_MAKE_STR(INTRIN_TBM),
117. #endif
119. };
122. // 获取程序位数（被编译为多少位的代码）
123. int GetProgramBits(void)
124. {
125. return sizeof(int*) * 8;
126. }
128. void print_MACRO_T(const MACRO_T* pArray, int cnt)
129. {
130. int i;
131. for( i = 0; i < cnt; ++i )
132. {
133. printf( "%s %s ", pArray[i].name, pArray[i].value );
134. }
135. printf( " " );
136. }
139. int main(int argc, char* argv[])
140. {
142. printf("testzintrin v1.00 (%dbit) ", GetProgramBits());
143. print_MACRO_T(g_intrins, sizeof(g_intrins)/sizeof(g_intrins[0]));
145. // _mm_malloc
146. #ifdef INTRIN_SSE
147. if(1)
148. {
149. void* p;
150. p = _mm_malloc(0x10, 0x10);
151. printf("_mm_malloc: %ph ", p);
152. _mm_free(p);
153. }
154. #endif
156. // mmx
157. #ifdef INTRIN_MMX
158. _mm_empty();
159. #endif
161. // 3DNow!
162. #ifdef INTRIN_3dNOW
163. //_m_femms(); // AMD cpu only.
164. #endif
166. // sse
167. #ifdef INTRIN_SSE
168. if(1)
169. {
170. __m128 xmm1;
171. float f;
172. printf("&xmm1: %ph ", &xmm1);
173. xmm1 = _mm_setzero_ps(); // SSE instruction: xorps
174. f = _mm_cvtss_f32(xmm1);
175. printf("_mm_cvtss_f32: %f ", f);
176. }
177. #endif
179. // popcnt
180. #ifdef INTRIN_POPCNT
181. printf("popcnt(0xffffffffu): %u ", _mm_popcnt_u32(0xffffffffu));
182. #endif
184. return 0;
185. }
3.3 makefile

　　全部代码——
[plain] view plain copy
1. # flags
2. CC = gcc
3. CFS = -Wall
4. LFS =
6. # args
7. RELEASE =0
8. BITS =
9. CFLAGS = -msse
11. # [args] 生成模式. 0代表debug模式, 1代表release模式. make RELEASE=1.
12. ifeq ($(RELEASE),0)
13. # debug
14. CFS += -g
15. else
16. # release
17. CFS += -static -O3 -DNDEBUG
18. LFS += -static
19. endif
21. # [args] 程序位数. 32代表32位程序, 64代表64位程序, 其他默认. make BITS=32.
22. ifeq ($(BITS),32)
23. CFS += -m32
24. LFS += -m32
25. else
26. ifeq ($(BITS),64)
27. CFS += -m64
28. LFS += -m64
29. else
30. endif
31. endif
33. # [args] 使用 CFLAGS 添加新的参数. make CFLAGS="-mpopcnt -msse4a".
34. CFS += $(CFLAGS)
37. .PHONY : all clean
39. # files
40. TARGETS = testzintrin
41. OBJS = testzintrin.o
43. all : $(TARGETS)
45. testzintrin : $(OBJS)
46. $(CC) $(LFS) -o $@ $^
49. testzintrin.o : testzintrin.c zintrin.h
50. $(CC) $(CFS) -c $<
53. clean :
54. rm -f $(OBJS) $(TARGETS) $(addsuffix .exe,$(TARGETS))
四、测试

　　在以下编译器中成功编译——
VC6：x86版。
VC2003：x86版。
VC2005：x86版、x64版。
VC2010：x86版、x64版。
GCC 4.7.0（Fedora 17 x64）：x86版、x64版。
GCC 4.6.2（MinGW(20120426)）：x86版。
GCC 4.6.1（TDM-GCC(MinGW-w64)）：x86版、x64版。
llvm-gcc-4.2（Mac OS X Lion 10.7.4, Xcode 4.4.1）：x86版、x64版。

参考文献——
《Predefined Macros》. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/b0084kay(v=vs.110).aspx
《Intrinsics头文件与SIMD指令集、Visual Studio版本对应表》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/02/28/vs_intrin_table.html
《GCC中的Intrinsics头文件与SIMD指令集、宏、参数的对应表》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/08/27/intrin_table_gcc.html

源码下载——
http://files.cnblogs.com/zyl910/zintrin.rar
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原文地址：https://www.cnblogs.com/tibetanmastiff/p/4694367.html

[C] zintrin.h : 智能引入intrinsic函数。支持VC、GCC，兼容Windows、Linux、Mac OS X

一、各种编译器的区别

1.1 Visual C++（Windows）

1.2 GCC（Linux下的GCC、Windows下的MinGW）

1.3 Mac OS X 中的 llvm-gcc

二、设计

2.1 思路

2.2 功能说明

三、源码

3.1 zintrin.h

3.2 testzintrin.c

3.3 makefile

四、测试