libstdc++
simd_neon.h
1 // Simd NEON specific implementations -*- C++ -*-
2 
3 // Copyright (C) 2020-2022 Free Software Foundation, Inc.
4 //
5 // This file is part of the GNU ISO C++ Library. This library is free
6 // software; you can redistribute it and/or modify it under the
7 // terms of the GNU General Public License as published by the
8 // Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
9 // any later version.
10 
11 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
12 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
14 // GNU General Public License for more details.
15 
16 // Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
17 // permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
18 // 3.1, as published by the Free Software Foundation.
19 
20 // You should have received a copy of the GNU General Public License and
21 // a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
22 // see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively. If not, see
23 // <http://www.gnu.org/licenses/>.
24 
25 #ifndef _GLIBCXX_EXPERIMENTAL_SIMD_NEON_H_
26 #define _GLIBCXX_EXPERIMENTAL_SIMD_NEON_H_
27 
28 #if __cplusplus >= 201703L
29 
30 #if !_GLIBCXX_SIMD_HAVE_NEON
31 #error "simd_neon.h may only be included when NEON on ARM is available"
32 #endif
33 
34 _GLIBCXX_SIMD_BEGIN_NAMESPACE
35 
36 // _CommonImplNeon {{{
37 struct _CommonImplNeon : _CommonImplBuiltin
38 {
39  // _S_store {{{
40  using _CommonImplBuiltin::_S_store;
41 
42  // }}}
43 };
44 
45 // }}}
46 // _SimdImplNeon {{{
47 template <typename _Abi, typename>
48  struct _SimdImplNeon : _SimdImplBuiltin<_Abi>
49  {
50  using _Base = _SimdImplBuiltin<_Abi>;
51 
52  template <typename _Tp>
53  using _MaskMember = typename _Base::template _MaskMember<_Tp>;
54 
55  template <typename _Tp>
56  static constexpr size_t _S_max_store_size = 16;
57 
58  // _S_masked_load {{{
59  template <typename _Tp, size_t _Np, typename _Up>
60  static inline _SimdWrapper<_Tp, _Np>
61  _S_masked_load(_SimdWrapper<_Tp, _Np> __merge, _MaskMember<_Tp> __k,
62  const _Up* __mem) noexcept
63  {
64  __execute_n_times<_Np>([&](auto __i) {
65  if (__k[__i] != 0)
66  __merge._M_set(__i, static_cast<_Tp>(__mem[__i]));
67  });
68  return __merge;
69  }
70 
71  // }}}
72  // _S_masked_store_nocvt {{{
73  template <typename _Tp, size_t _Np>
74  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static void
75  _S_masked_store_nocvt(_SimdWrapper<_Tp, _Np> __v, _Tp* __mem,
76  _MaskMember<_Tp> __k)
77  {
78  __execute_n_times<_Np>([&](auto __i) {
79  if (__k[__i] != 0)
80  __mem[__i] = __v[__i];
81  });
82  }
83 
84  // }}}
85  // _S_reduce {{{
86  template <typename _Tp, typename _BinaryOperation>
87  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static _Tp
88  _S_reduce(simd<_Tp, _Abi> __x, _BinaryOperation&& __binary_op)
89  {
90  constexpr size_t _Np = __x.size();
91  if constexpr (sizeof(__x) == 16 && _Np >= 4
92  && !_Abi::template _S_is_partial<_Tp>)
93  {
94  const auto __halves = split<simd<_Tp, simd_abi::_Neon<8>>>(__x);
95  const auto __y = __binary_op(__halves[0], __halves[1]);
96  return _SimdImplNeon<simd_abi::_Neon<8>>::_S_reduce(
97  __y, static_cast<_BinaryOperation&&>(__binary_op));
98  }
99  else if constexpr (_Np == 8)
100  {
101  __x = __binary_op(__x, _Base::template _M_make_simd<_Tp, _Np>(
102  __vector_permute<1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6>(
103  __x._M_data)));
104  __x = __binary_op(__x, _Base::template _M_make_simd<_Tp, _Np>(
105  __vector_permute<3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4>(
106  __x._M_data)));
107  __x = __binary_op(__x, _Base::template _M_make_simd<_Tp, _Np>(
108  __vector_permute<7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0>(
109  __x._M_data)));
110  return __x[0];
111  }
112  else if constexpr (_Np == 4)
113  {
114  __x
115  = __binary_op(__x, _Base::template _M_make_simd<_Tp, _Np>(
116  __vector_permute<1, 0, 3, 2>(__x._M_data)));
117  __x
118  = __binary_op(__x, _Base::template _M_make_simd<_Tp, _Np>(
119  __vector_permute<3, 2, 1, 0>(__x._M_data)));
120  return __x[0];
121  }
122  else if constexpr (_Np == 2)
123  {
124  __x = __binary_op(__x, _Base::template _M_make_simd<_Tp, _Np>(
125  __vector_permute<1, 0>(__x._M_data)));
126  return __x[0];
127  }
128  else
129  return _Base::_S_reduce(__x,
130  static_cast<_BinaryOperation&&>(__binary_op));
131  }
132 
133  // }}}
134  // math {{{
135  // _S_sqrt {{{
136  template <typename _Tp, typename _TVT = _VectorTraits<_Tp>>
137  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static _Tp _S_sqrt(_Tp __x)
138  {
139  if constexpr (__have_neon_a64)
140  {
141  const auto __intrin = __to_intrin(__x);
142  if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 2>)
143  return vsqrt_f32(__intrin);
144  else if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 4>)
145  return vsqrtq_f32(__intrin);
146  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 1>)
147  return vsqrt_f64(__intrin);
148  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 2>)
149  return vsqrtq_f64(__intrin);
150  else
151  __assert_unreachable<_Tp>();
152  }
153  else
154  return _Base::_S_sqrt(__x);
155  }
156 
157  // }}}
158  // _S_trunc {{{
159  template <typename _TW, typename _TVT = _VectorTraits<_TW>>
160  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static _TW _S_trunc(_TW __x)
161  {
162  using _Tp = typename _TVT::value_type;
163  if constexpr (__have_neon_a32)
164  {
165  const auto __intrin = __to_intrin(__x);
166  if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 2>)
167  return vrnd_f32(__intrin);
168  else if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 4>)
169  return vrndq_f32(__intrin);
170  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 1>)
171  return vrnd_f64(__intrin);
172  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 2>)
173  return vrndq_f64(__intrin);
174  else
175  __assert_unreachable<_Tp>();
176  }
177  else if constexpr (is_same_v<_Tp, float>)
178  {
179  auto __intrin = __to_intrin(__x);
180  if constexpr (sizeof(__x) == 16)
181  __intrin = vcvtq_f32_s32(vcvtq_s32_f32(__intrin));
182  else
183  __intrin = vcvt_f32_s32(vcvt_s32_f32(__intrin));
184  return _Base::_S_abs(__x)._M_data < 0x1p23f
185  ? __vector_bitcast<float>(__intrin)
186  : __x._M_data;
187  }
188  else
189  return _Base::_S_trunc(__x);
190  }
191 
192  // }}}
193  // _S_round {{{
194  template <typename _Tp, size_t _Np>
195  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static _SimdWrapper<_Tp, _Np>
196  _S_round(_SimdWrapper<_Tp, _Np> __x)
197  {
198  if constexpr (__have_neon_a32)
199  {
200  const auto __intrin = __to_intrin(__x);
201  if constexpr (sizeof(_Tp) == 4 && sizeof(__x) == 8)
202  return vrnda_f32(__intrin);
203  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 4 && sizeof(__x) == 16)
204  return vrndaq_f32(__intrin);
205  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 8 && sizeof(__x) == 8)
206  return vrnda_f64(__intrin);
207  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 8 && sizeof(__x) == 16)
208  return vrndaq_f64(__intrin);
209  else
210  __assert_unreachable<_Tp>();
211  }
212  else
213  return _Base::_S_round(__x);
214  }
215 
216  // }}}
217  // _S_floor {{{
218  template <typename _Tp, typename _TVT = _VectorTraits<_Tp>>
219  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static _Tp _S_floor(_Tp __x)
220  {
221  if constexpr (__have_neon_a32)
222  {
223  const auto __intrin = __to_intrin(__x);
224  if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 2>)
225  return vrndm_f32(__intrin);
226  else if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 4>)
227  return vrndmq_f32(__intrin);
228  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 1>)
229  return vrndm_f64(__intrin);
230  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 2>)
231  return vrndmq_f64(__intrin);
232  else
233  __assert_unreachable<_Tp>();
234  }
235  else
236  return _Base::_S_floor(__x);
237  }
238 
239  // }}}
240  // _S_ceil {{{
241  template <typename _Tp, typename _TVT = _VectorTraits<_Tp>>
242  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static _Tp _S_ceil(_Tp __x)
243  {
244  if constexpr (__have_neon_a32)
245  {
246  const auto __intrin = __to_intrin(__x);
247  if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 2>)
248  return vrndp_f32(__intrin);
249  else if constexpr (_TVT::template _S_is<float, 4>)
250  return vrndpq_f32(__intrin);
251  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 1>)
252  return vrndp_f64(__intrin);
253  else if constexpr (_TVT::template _S_is<double, 2>)
254  return vrndpq_f64(__intrin);
255  else
256  __assert_unreachable<_Tp>();
257  }
258  else
259  return _Base::_S_ceil(__x);
260  }
261 
262  //}}} }}}
263  }; // }}}
264 // _MaskImplNeonMixin {{{
265 struct _MaskImplNeonMixin
266 {
267  using _Base = _MaskImplBuiltinMixin;
268 
269  template <typename _Tp, size_t _Np>
270  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static constexpr _SanitizedBitMask<_Np>
271  _S_to_bits(_SimdWrapper<_Tp, _Np> __x)
272  {
273  if (__builtin_is_constant_evaluated())
274  return _Base::_S_to_bits(__x);
275 
276  using _I = __int_for_sizeof_t<_Tp>;
277  if constexpr (sizeof(__x) == 16)
278  {
279  auto __asint = __vector_bitcast<_I>(__x);
280 #ifdef __aarch64__
281  [[maybe_unused]] constexpr auto __zero = decltype(__asint)();
282 #else
283  [[maybe_unused]] constexpr auto __zero = decltype(__lo64(__asint))();
284 #endif
285  if constexpr (sizeof(_Tp) == 1)
286  {
287  constexpr auto __bitsel
288  = __generate_from_n_evaluations<16, __vector_type_t<_I, 16>>(
289  [&](auto __i) {
290  return static_cast<_I>(
291  __i < _Np ? (__i < 8 ? 1 << __i : 1 << (__i - 8)) : 0);
292  });
293  __asint &= __bitsel;
294 #ifdef __aarch64__
295  return __vector_bitcast<_UShort>(
296  vpaddq_s8(vpaddq_s8(vpaddq_s8(__asint, __zero), __zero),
297  __zero))[0];
298 #else
299  return __vector_bitcast<_UShort>(
300  vpadd_s8(vpadd_s8(vpadd_s8(__lo64(__asint), __hi64(__asint)),
301  __zero),
302  __zero))[0];
303 #endif
304  }
305  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 2)
306  {
307  constexpr auto __bitsel
308  = __generate_from_n_evaluations<8, __vector_type_t<_I, 8>>(
309  [&](auto __i) {
310  return static_cast<_I>(__i < _Np ? 1 << __i : 0);
311  });
312  __asint &= __bitsel;
313 #ifdef __aarch64__
314  return vaddvq_s16(__asint);
315 #else
316  return vpadd_s16(
317  vpadd_s16(vpadd_s16(__lo64(__asint), __hi64(__asint)), __zero),
318  __zero)[0];
319 #endif
320  }
321  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 4)
322  {
323  constexpr auto __bitsel
324  = __generate_from_n_evaluations<4, __vector_type_t<_I, 4>>(
325  [&](auto __i) {
326  return static_cast<_I>(__i < _Np ? 1 << __i : 0);
327  });
328  __asint &= __bitsel;
329 #ifdef __aarch64__
330  return vaddvq_s32(__asint);
331 #else
332  return vpadd_s32(vpadd_s32(__lo64(__asint), __hi64(__asint)),
333  __zero)[0];
334 #endif
335  }
336  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 8)
337  return (__asint[0] & 1) | (__asint[1] & 2);
338  else
339  __assert_unreachable<_Tp>();
340  }
341  else if constexpr (sizeof(__x) == 8)
342  {
343  auto __asint = __vector_bitcast<_I>(__x);
344  [[maybe_unused]] constexpr auto __zero = decltype(__asint)();
345  if constexpr (sizeof(_Tp) == 1)
346  {
347  constexpr auto __bitsel
348  = __generate_from_n_evaluations<8, __vector_type_t<_I, 8>>(
349  [&](auto __i) {
350  return static_cast<_I>(__i < _Np ? 1 << __i : 0);
351  });
352  __asint &= __bitsel;
353 #ifdef __aarch64__
354  return vaddv_s8(__asint);
355 #else
356  return vpadd_s8(vpadd_s8(vpadd_s8(__asint, __zero), __zero),
357  __zero)[0];
358 #endif
359  }
360  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 2)
361  {
362  constexpr auto __bitsel
363  = __generate_from_n_evaluations<4, __vector_type_t<_I, 4>>(
364  [&](auto __i) {
365  return static_cast<_I>(__i < _Np ? 1 << __i : 0);
366  });
367  __asint &= __bitsel;
368 #ifdef __aarch64__
369  return vaddv_s16(__asint);
370 #else
371  return vpadd_s16(vpadd_s16(__asint, __zero), __zero)[0];
372 #endif
373  }
374  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 4)
375  {
376  __asint &= __make_vector<_I>(0x1, 0x2);
377 #ifdef __aarch64__
378  return vaddv_s32(__asint);
379 #else
380  return vpadd_s32(__asint, __zero)[0];
381 #endif
382  }
383  else
384  __assert_unreachable<_Tp>();
385  }
386  else
387  return _Base::_S_to_bits(__x);
388  }
389 };
390 
391 // }}}
392 // _MaskImplNeon {{{
393 template <typename _Abi, typename>
394  struct _MaskImplNeon : _MaskImplNeonMixin, _MaskImplBuiltin<_Abi>
395  {
396  using _MaskImplBuiltinMixin::_S_to_maskvector;
397  using _MaskImplNeonMixin::_S_to_bits;
398  using _Base = _MaskImplBuiltin<_Abi>;
399  using _Base::_S_convert;
400 
401  // _S_all_of {{{
402  template <typename _Tp>
403  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static bool _S_all_of(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
404  {
405  const auto __kk
406  = __vector_bitcast<char>(__k._M_data)
407  | ~__vector_bitcast<char>(_Abi::template _S_implicit_mask<_Tp>());
408  if constexpr (sizeof(__k) == 16)
409  {
410  const auto __x = __vector_bitcast<long long>(__kk);
411  return __x[0] + __x[1] == -2;
412  }
413  else if constexpr (sizeof(__k) <= 8)
414  return __bit_cast<__int_for_sizeof_t<decltype(__kk)>>(__kk) == -1;
415  else
416  __assert_unreachable<_Tp>();
417  }
418 
419  // }}}
420  // _S_any_of {{{
421  template <typename _Tp>
422  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static bool _S_any_of(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
423  {
424  const auto __kk
425  = __vector_bitcast<char>(__k._M_data)
426  | ~__vector_bitcast<char>(_Abi::template _S_implicit_mask<_Tp>());
427  if constexpr (sizeof(__k) == 16)
428  {
429  const auto __x = __vector_bitcast<long long>(__kk);
430  return (__x[0] | __x[1]) != 0;
431  }
432  else if constexpr (sizeof(__k) <= 8)
433  return __bit_cast<__int_for_sizeof_t<decltype(__kk)>>(__kk) != 0;
434  else
435  __assert_unreachable<_Tp>();
436  }
437 
438  // }}}
439  // _S_none_of {{{
440  template <typename _Tp>
441  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static bool _S_none_of(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
442  {
443  const auto __kk = _Abi::_S_masked(__k._M_data);
444  if constexpr (sizeof(__k) == 16)
445  {
446  const auto __x = __vector_bitcast<long long>(__kk);
447  return (__x[0] | __x[1]) == 0;
448  }
449  else if constexpr (sizeof(__k) <= 8)
450  return __bit_cast<__int_for_sizeof_t<decltype(__kk)>>(__kk) == 0;
451  else
452  __assert_unreachable<_Tp>();
453  }
454 
455  // }}}
456  // _S_some_of {{{
457  template <typename _Tp>
458  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static bool _S_some_of(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
459  {
460  if constexpr (sizeof(__k) <= 8)
461  {
462  const auto __kk = __vector_bitcast<char>(__k._M_data)
463  | ~__vector_bitcast<char>(
464  _Abi::template _S_implicit_mask<_Tp>());
465  using _Up = make_unsigned_t<__int_for_sizeof_t<decltype(__kk)>>;
466  return __bit_cast<_Up>(__kk) + 1 > 1;
467  }
468  else
469  return _Base::_S_some_of(__k);
470  }
471 
472  // }}}
473  // _S_popcount {{{
474  template <typename _Tp>
475  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static int _S_popcount(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
476  {
477  if constexpr (sizeof(_Tp) == 1)
478  {
479  const auto __s8 = __vector_bitcast<_SChar>(__k._M_data);
480  int8x8_t __tmp = __lo64(__s8) + __hi64z(__s8);
481  return -vpadd_s8(vpadd_s8(vpadd_s8(__tmp, int8x8_t()), int8x8_t()),
482  int8x8_t())[0];
483  }
484  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 2)
485  {
486  const auto __s16 = __vector_bitcast<short>(__k._M_data);
487  int16x4_t __tmp = __lo64(__s16) + __hi64z(__s16);
488  return -vpadd_s16(vpadd_s16(__tmp, int16x4_t()), int16x4_t())[0];
489  }
490  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 4)
491  {
492  const auto __s32 = __vector_bitcast<int>(__k._M_data);
493  int32x2_t __tmp = __lo64(__s32) + __hi64z(__s32);
494  return -vpadd_s32(__tmp, int32x2_t())[0];
495  }
496  else if constexpr (sizeof(_Tp) == 8)
497  {
498  static_assert(sizeof(__k) == 16);
499  const auto __s64 = __vector_bitcast<long>(__k._M_data);
500  return -(__s64[0] + __s64[1]);
501  }
502  }
503 
504  // }}}
505  // _S_find_first_set {{{
506  template <typename _Tp>
507  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static int
508  _S_find_first_set(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
509  {
510  // TODO: the _Base implementation is not optimal for NEON
511  return _Base::_S_find_first_set(__k);
512  }
513 
514  // }}}
515  // _S_find_last_set {{{
516  template <typename _Tp>
517  _GLIBCXX_SIMD_INTRINSIC static int
518  _S_find_last_set(simd_mask<_Tp, _Abi> __k)
519  {
520  // TODO: the _Base implementation is not optimal for NEON
521  return _Base::_S_find_last_set(__k);
522  }
523 
524  // }}}
525  }; // }}}
526 
527 _GLIBCXX_SIMD_END_NAMESPACE
528 #endif // __cplusplus >= 201703L
529 #endif // _GLIBCXX_EXPERIMENTAL_SIMD_NEON_H_
530 // vim: foldmethod=marker sw=2 noet ts=8 sts=2 tw=80
std::make_unsigned_t
typename make_unsigned< _Tp >::type make_unsigned_t
Alias template for make_unsigned.
Definition: type_traits:2009