reinterpret命令

Last updated at 2020-12-25Posted at 2020-12-15

はじめに

この記事はひとりNEONアドベントカレンダー2020 16日目の記事です
昨日はdup命令という、単一の値を全レーンに設定する命令を紹介した
今日の記事では、当初はpopcountを紹介するつもりだったのですが、reinterpret命令を紹介しないと話が複雑そうだったので、今日はreinterpret命令を。

いつも挿入している命令をグルーピングした図ですが、今回は特段芸術的な仕上がりになりました。¹²
例えば、vreinterpretq_f32_s32はint32x4_tを引数として、float32x4_t型を返す
前述の図をよーく見ると、芸術的な網目の中に、水平に引かれている線は一本も無いことが分かる
- 同じ型を同じ位置に並べており、同じ型への変換命令は存在しないため、水平線が存在しない

大前提として、この命令はアセンブラ上には現れない命令である。
- 事実公式の命令リファレンスページを見ても、A64 Instructionの項目は空欄である
CPUはレジスタにデータを読み書きする訳ですが、C/C++は「float」「int」みたいに気をつけてはいるもの、レジスタ上には「int用のレジスタ」「short用のレジスタ」と区別はしていません
そのため、CPUがデータを読み出す際に「この命令はfloatとして扱う」というふうに、レジスタのデータをちゃんと解釈(interpret)する必要があります³
C/C++のcastが近いですが、castは値の変換を含みます。

float f = 1.0f;
int a = (int)f;

前述のコードで、変数fには、16進数表記で0x3F800000が含まれているが、変数aには0x1が代入される。
- これは、浮動小数点数の$1.0$を整数型の1に変換している
一方で、本日紹介しているreinterpret命令は以下の処理を行っている⁴

float f = 1.0f;
int a = *(int*)&f;

 note: use -flax-vector-conversions to permit conversions between vectors with differing element types or numbers of subparts

以上はGCC 7.5.0でのwarningメッセージ
- warningメッセージだが、エラーも出る
オプションに-flax-vector-conversionsがあれば、コンパイラが暗黙の型変換を認めてくれるが、手間を考えると、逐一reinterpret命令を挟んだほうがいいと思う。
実際にアセンブラには現れず、その代わり、レジスタを読む次の命令が、レジスタを整数なり浮動小数点数なり、再解釈した値で読んでくれる。

実はこの図は厳密には正しくありません。図を愚直にたどると、vreinterpret_xxx_p128という命令が存在しうる形になっていますが、qが付かないreinterpret命令は64bit幅のレジスタを扱います。しかし、p128が末尾に付くということは引数としてpoly128_t型を取るということなので、レジスタbit幅の辻褄が合いません。しかし、そこを省いて描くと、ただのカオスな樹形図になってしまうので、そこは敢えて目をつぶって今回の図を描きました。 ↩
っていうか、poly128_t型なんてあるんですね。筆者もこの記事を書いてて初めて知りました。まあ、SI M D型ではないので、省いてもよかったかも？ ↩
予防線を張っておくと、FPU専用レジスタが用意されてる場合は「floatを保存する専用のレジスタ」が存在するわけですけれど、本記事の主題とは外れるのでそこは割愛します ↩
最近、C++ではこれがお行儀の宜しくない書き方だと知ったが、それはそれ ↩
GCCで確認。でも多分MSVCやClangでも同じだと思う。 ↩