使用汇编语言进行 128 位移位？

Question

在现代 Intel CPU（酷睿 i7、sandybridge）上进行 128 位移位的最有效方法是什么？

类似的代码位于我最内部的循环中：

u128 a[N];
void xor() {
  for (int i = 0; i < N; ++i) {
    a[i] = a[i] ^ (a[i] >> 1) ^ (a[i] >> 2);
  }
}

a[N] 中的数据几乎是随机的。

Answer 1

使用指令Shift Double。

所以 SHLD 或 SHRD 指令，因为 SSE 不适用于此目的。
有一个经典的方法，这里有32位和64位CPU模式下128位左移16位的测试用例。

通过这种方式，您可以执行最多 32/64 位的无限制大小转换。 Yoo 可以移位立即位数或 cl 寄存器中的数字。第一条指令操作符也可以寻址内存中的变量。

32 位 x86 CPU 模式下 128 位左移 16 位：

    mov     eax, $04030201;
    mov     ebx, $08070605;
    mov     ecx, $0C0B0A09;
    mov     edx, $100F0E0D;

    shld    edx, ecx, 16
    shld    ecx, ebx, 16
    shld    ebx, eax, 16
    shl     eax, 16

64 位 x86 CPU 模式下 128 位左移 16 位：

    mov    rax, $0807060504030201;
    mov    rdx, $100F0D0E0B0C0A09;

    shld   rdx, rax, 16
    shl    rax, 16

Answer 2

在这种特殊情况下，您可以使用 x86 SHR 和 RCR 指令的组合：

; a0 - bits 0-31 of a[i]
; a1 - bits 32-63 of a[i]
; a2 - bits 64-95 of a[i]
; a3 - bits 96-127 of a[i]
mov eax, a0
mov ebx, a1
mov ecx, a2
mov ecx, a3

shr eax, 1
rcr ebx, 1
rcr ecx, 1
rcr edx, 1

; b0 - bits 0-31 of b[i] := a[i] >> 1
; b1 - bits 32-63 of b[i] := a[i] >> 1
; b2 - bits 64-95 of b[i] := a[i] >> 1
; b3 - bits 96-127 of b[i] := a[i] >> 1
mov b0, eax
mov b1, ebx
mov b2, ecx
mov b3, edx

shr eax, 1
rcr ebx, 1
rcr ecx, 1
rcr edx, 1

; c0 - bits 0-31 of c[i] := a[i] >> 2 = b[i] >> 1
; c1 - bits 32-63 of c[i] := a[i] >> 2 = b[i] >> 1
; c2 - bits 64-95 of c[i] := a[i] >> 2 = b[i] >> 1
; c3 - bits 96-127 of c[i] := a[i] >> 2 = b[i] >> 1
mov c0, eax
mov c1, ebx
mov c2, ecx
mov c3, edx

如果您的目标是 x86-64，则可以简化为：

; a0 - bits 0-63 of a[i]
; a1 - bits 64-127 of a[i]
mov rax, a0
mov rbx, a1

shr rax, 1
rcr rbx, 1

; b0 - bits 0-63 of b[i] := a[i] >> 1
; b1 - bits 64-127 of b[i] := a[i] >> 1
mov b0, rax
mov b1, rbx

shr rax, 1
rcr rbx, 1

; c0 - bits 0-63 of c[i] := a[i] >> 2 = b[i] >> 1
; c1 - bits 64-127 of c[i] := a[i] >> 2 = b[i] >> 1
mov c0, rax
mov c1, rbx

更新：更正了 64 位版本中的拼写错误