VS：_BitScanReverse64固有的意外優化行為

Question

以下代碼在調試模式下可以正常工作，因為_BitScanReverse64被定義為在未設置Bit的情況下返回0。 引用MSDN ：（返回值為）“如果設置了索引，則為非零；如果未找到設置位，則為0”。

如果我以發布模式編譯此代碼，它仍然可以工作，但是如果啟用了編譯器優化（例如\\ O1或\\ O2），則索引不為零，並且assert()失敗。

#include <iostream>
#include <cassert>

using namespace std;

int main()
{
  unsigned long index = 0;
  _BitScanReverse64(&index, 0x0ull);

  cout << index << endl;

  assert(index == 0);

  return 0;
}

這是預期的行為嗎？ 我正在使用Visual Studio Community 2015，版本14.0.25431.01更新3。（我留了cout，以便在優化過程中不刪除變量索引）。 還有一種有效的解決方法，還是我不應該直接使用此內在編譯器？

Answer 1

AFAICT， 當輸入為零時 ， 內在函數在index留下垃圾，比asm指令的行為弱。 這就是為什么它具有單獨的布爾返回值和整數輸出操作數的原因。

盡管index arg被引用，編譯器仍將其視為僅輸出。

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unsigned char _BitScanReverse64 (unsigned __int32* index, unsigned __int64 mask)
英特爾針對相同內在函數的內在函數指南文檔似乎比您鏈接的Microsoft文檔更清晰，並且為MS文檔試圖說的內容提供了一些啟示。 但是仔細閱讀后，他們似乎都說了同樣的話，並在bsr指令周圍描述了一個薄包裝。

當輸入為0時， Intel將BSR指令記錄為產生“未定義的值”，但在這種情況下設置ZF。 但是，AMD記錄為目標不變：

AMD的BSF在AMD64體系結構程序員手冊第3卷：通用和系統說明中的 條目

...如果第二個操作數包含0，則指令將ZF設置為1，並且不更改目標寄存器的內容。 ...

在當前的Intel硬件上，實際行為與AMD的文檔相符：當src操作數為0時，目標寄存器保持不變。這也許就是為什么MS將其描述為僅在輸入為非零時設置Index （並且內部函數的返回值為非零）。

在Intel（ 但可能不是AMD ）上，這甚至不會將64位寄存器截斷為32位。 例如mov rax,-1 ; bsf eax, ecx （ECX為零）離開RAX = -1（64位），而不是從xor eax, 0獲得的0x00000000ffffffff 。 但是對於非零ECX， bsf eax, ecx具有零擴展到RAX的通常效果，例如留下RAX = 3。

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IDK為什么英特爾仍未對此進行記錄。 也許真正的舊x86 CPU（例如原始386？）以不同的方式實現它？ 英特爾和AMD經常超越x86手冊中記錄的內容，以免破壞現有的廣泛使用的代碼（例如Windows） ，這可能就是這樣開始的。

在這一點上，英特爾似乎不太可能會放棄對輸出的依賴性，並讓實際的垃圾或輸入== 0時為-1或32，但是缺少文檔使該選項處於打開狀態。

SKYLAKE微架構放棄了假依賴於lzcnt和tzcnt （和稍后的uarch下降虛假DEP的popcnt ），同時仍然保留依賴bsr / bsf 。 （ 為什么破壞LZCNT的“輸出依賴性”很重要？ ）

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當然，由於MSVC優化了index = 0初始化，因此大概只使用它想要的任何目標寄存器，而不必使用保存C變量先前值的寄存器。 因此，即使您願意，我也不認為您可以利用未經修改的dst行為，即使AMD對此有保證。

因此，以C ++術語來說，內在函數對index沒有輸入依賴性 。 但是在asm中，該指令確實對dst寄存器具有輸入依賴性，就像add dst, src指令一樣。 如果編譯器不小心，可能會導致意外的性能問題。

不幸的是，在Intel硬件上 ，即使結果從不依賴於popcnt / lzcnt / tzcnt asm指令，它們也對目標地址有錯誤的依賴 。 不過，編譯器現在已經知道了，因此可以解決此問題，因此，在使用內部函數時，您不必擔心它（除非您擁有超過兩年的編譯器，因為它是最近才發現的）。

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您需要檢查它以確保index有效，除非您知道輸入為非零。 例如

if(_BitScanReverse64(&idx, input)) {
    // idx is valid.
    // (MS docs say "Index was set")
} else {
    // input was zero, idx holds garbage.
    // (MS docs don't say Index was even set)
    idx = -1;     // might make sense, one lower than the result for bsr(1)
}

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如果要避免執行此額外的檢查分支，那么如果您要瞄准足夠新的硬件（例如Intel Haswell或AMD Bulldozer IIRC），則可以通過不同的內在函數使用lzcnt指令 。 即使輸入全零，它也“起作用”，並且實際上計數前導零而不是返回最高設置位的索引。