SIMD 函式庫

已合併至 ISO C++ 本頁描述的功能已於 2024 年 11 月合併至主線 ISO C++ 標準；詳見資料平行型別 (SIMD) (自 C++26 起)

SIMD 函式庫提供了可攜式型別，用於明確說明資料平行處理，並建構資料以實現更高效的 SIMD 存取。

simd<T> 型別的物件行為類似於 T 型別的物件。然而，當 T 儲存並操作單一值時，simd<T> 儲存並操作多個值（稱為寬度，但為與標準函式庫其餘部分保持一致，識別為 size；參閱 simd_size）。

simd<T> 上的每個運算子和操作都採取元素級（除了清楚標示為水平的操作外）。此簡單規則表達了資料平行處理，並將由編譯器用於產生 SIMD 指令及/或獨立的執行流。

simd<T> 和 native_simd<T> 型別的寬度由實作在編譯時期決定。相比之下，fixed_size_simd<T, N> 型別的寬度由開發者固定為特定大小。

建議使用 native_simd 和 rebind_simd 來組合使用不同 SIMD 型別以獲得高效率的模式。

#include <experimental/simd>
namespace stdx = std::experimental;
 
using floatv  = stdx::native_simd<float>;
using doublev = stdx::rebind_simd_t<double, floatv>;
using intv    = stdx::rebind_simd_t<int, floatv>;

這確保了一組型別都具有相同的寬度，因此可以互相轉換。寬度不符的轉換未定義，因為它會導致數值丟失或必須虛構數值。對於調整大小的操作，SIMD 函式庫提供了 split 和 concat 函式。

定義於標頭檔 <experimental/simd>

定義於命名空間 `std::experimental::simd_abi`
scalar (平行運算 TS v2)	用於儲存單一元素的標籤型別 (typedef) [編輯]
fixed_size (平行運算 TS v2)	用於儲存指定數量元素的標籤型別 (別名模板)[編輯]
compatible (平行運算 TS v2)	確保 ABI 相容性的標籤型別 (別名模板)[編輯]
native (平行運算 TS v2)	最高效的標籤型別 (別名模板)[編輯]
max_fixed_size (平行運算 TS v2)	保證被 fixed 支援的最大元素數量 (常數) [編輯]
deducededuce_t (平行運算 TS v2)	為給定的元素型別和元素數量取得 ABI 型別 (類別模板) [編輯]

[編輯] 對齊標籤

element_aligned_tagelement_aligned (平行運算 TS v2)	指示載入/儲存位址對齊至元素對齊的旗標 (類別) [編輯]
vector_aligned_tagvector_aligned (平行運算 TS v2)	指示載入/儲存位址對齊至向量對齊的旗標 (類別) [編輯]
overaligned_tagoveraligned (平行運算 TS v2)	指示載入/儲存位址對齊至指定對齊方式的旗標 (類別模板) [編輯]

[編輯] Where 表達式

const_where_expression (平行運算 TS v2)	具有非可變操作的選定元素 (類別模板)
where_expression (平行運算 TS v2)	具有可變操作的選定元素 (類別模板)
其中 (平行運算 TS v2)	產生 const_where_expression 和 where_expression (函式模板)

[編輯] 轉型

simd_caststatic_simd_cast (平行運算 TS v2)	元素級 static_cast (函式模板)
to_fixed_sizeto_compatibleto_native (平行運算 TS v2)	元素級 ABI 轉型 (函式模板)
splitsplit_by (平行運算 TS v2)	將單一 simd 物件分割為多個物件 (函式模板)
concat (平行運算 TS v2)	將多個 simd 物件串聯為單一物件 (函式模板)

[編輯] 演算法

min (平行運算 TS v2)	元素級 min 操作 (函式模板)
max (平行運算 TS v2)	元素級 max 操作 (函式模板)
minmax (平行運算 TS v2)	元素級 minmax 操作 (函式模板)
clamp (平行運算 TS v2)	元素級 clamp 操作 (函式模板)

[編輯] 歸約

reducehminhmax

(平行運算 TS v2)

將向量歸約為單一元素
(函式模板)

[編輯] 遮罩歸約

all_ofany_ofnone_ofsome_of (平行運算 TS v2)	`simd_mask` 對 bool 的歸約 (函式模板) [編輯]
popcount (平行運算 TS v2)	`simd_mask` 對 true 值數量的歸約 (函式模板) [編輯]
find_first_setfind_last_set (平行運算 TS v2)	`simd_mask` 對第一個或最後一個 true 值的索引歸約 (函式模板) [編輯]

[編輯] 特徵 (Traits)

is_simdis_simd_mask (平行運算 TS v2)	檢查型別是否為 `simd` 或 `simd_mask` 型別 (類別模板) [編輯]
is_abi_tag (平行運算 TS v2)	檢查型別是否為 ABI 標籤型別 (類別模板) [編輯]
is_simd_flag_type (平行運算 TS v2)	檢查型別是否為 simd 旗標型別 (類別模板) [編輯]
simd_size (平行運算 TS v2)	取得給定元素型別和 ABI 標籤的元素數量 (類別模板) [編輯]
memory_alignment (平行運算 TS v2)	取得適用於 `vector_aligned` 的適當對齊方式 (類別模板) [編輯]
rebind_simdresize_simd (平行運算 TS v2)	更改 `simd` 或 `simd_mask` 的元素型別或元素數量 (類別模板) [編輯]

[編輯] 數學函式

<cmath> 中的所有函式（特殊數學函式除外）皆已為 simd 多載。

[編輯] 範例

執行此程式碼

#include <experimental/simd>
#include <iostream>
#include <string_view>
namespace stdx = std::experimental;
 
void println(std::string_view name, auto const& a)
{
    std::cout << name << ": ";
    for (std::size_t i{}; i != std::size(a); ++i)
        std::cout << a[i] << ' ';
    std::cout << '\n';
}
 
template<class A>
stdx::simd<int, A> my_abs(stdx::simd<int, A> x)
{
    where(x < 0, x) = -x;
    return x;
}
 
int main()
{
    const stdx::native_simd<int> a = 1;
    println("a", a);
 
    const stdx::native_simd<int> b([](int i) { return i - 2; });
    println("b", b);
 
    const auto c = a + b;
    println("c", c);
 
    const auto d = my_abs(c);
    println("d", d);
 
    const auto e = d * d;
    println("e", e);
 
    const auto inner_product = stdx::reduce(e);
    std::cout << "inner product: " << inner_product << '\n';
 
    const stdx::fixed_size_simd<long double, 16> x([](int i) { return i; });
    println("x", x);
    println("cos²(x) + sin²(x)", stdx::pow(stdx::cos(x), 2) + stdx::pow(stdx::sin(x), 2));
}

輸出

a: 1 1 1 1 
b: -2 -1 0 1 
c: -1 0 1 2 
d: 1 0 1 2 
e: 1 0 1 4 
inner product: 6
x: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
cos²(x) + sin²(x): 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

[編輯] 參閱

valarray

數值陣列、陣列遮罩與陣列切片
(類別樣板) [編輯]

[編輯] 外部連結

1.	ISO/IEC TS 19570:2018 第 9 節「資料平行型別」的實作 — github.com
2.	TS 實作對 GCC/libstdc++ 的支援範圍 (`std::experimental::simd` 隨 GCC-11 一起發佈) — gcc.gnu.org

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