c++ - キャリー付きの Visual C++ x64 加算

Question

ADC の組み込み関数がないようで、Visual C++ で x64 アーキテクチャ用のインライン アセンブラを使用できないため、add とキャリーを使用して関数を記述し、それを C++ 名前空間に含めたい場合はどうすればよいですか?

(比較演算子でエミュレートすることはオプションではありません。この 256 メガビットの追加は、パフォーマンスが重要です。)

Answer 1

ADCMSVCには組み込みの for があります: _addcarry_u64. 次のコード

#include <inttypes.h>
#include <intrin.h>
#include <stdio.h>

typedef struct {
    uint64_t x1;
    uint64_t x2;
    uint64_t x3;
    uint64_t x4;
} uint256;

void add256(uint256 *x, uint256 *y) {
    unsigned char c = 0;
    c = _addcarry_u64(c, x->x1, y->x1, &x->x1);
    c = _addcarry_u64(c, x->x2, y->x2, &x->x2);
    c = _addcarry_u64(c, x->x3, y->x3, &x->x3);
    _addcarry_u64(c, x->x4, y->x4, &x->x4);
}

int main() {
    //uint64_t x1, x2, x3, x4;
    //uint64_t y1, y2, y3, y4;
    uint256 x, y;
    x.x1 = x.x2 = x.x3 = -1; x.x4 = 0;
    y.x1 = 2; y.x2 = y.x3 = y.x4 = 0;

    printf(" %016" PRIx64 "%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "\n", x.x4, x.x3, x.x2, x.x1);
    printf("+");
    printf("%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "\n", y.x4, y.x3, y.x2, y.x1);
    add256(&x, &y);
    printf("=");
    printf("%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "%016" PRIx64 "\n", x.x4, x.x3, x.x2, x.x1);
}

Visual Studio Express 2013 から次のアセンブリ出力を生成します

mov rdx, QWORD PTR x$[rsp]
mov r8, QWORD PTR x$[rsp+8] 
mov r9, QWORD PTR x$[rsp+16]
mov rax, QWORD PTR x$[rsp+24]
add rdx, QWORD PTR y$[rsp]
adc r8, QWORD PTR y$[rsp+8]
adc r9, QWORD PTR y$[rsp+16]
adc rax, QWORD PTR y$[rsp+24]

予想どおり1addと3がありadcます。

編集：

何_addcarry_u64が機能するかについては、いくつかの混乱があるようです。この回答の冒頭でリンクした Microsoft のドキュメントを見ると、特別なハードウェアは必要ないことがわかります。これにより生成adcされ、すべての x86-64 プロセッサで動作します (_addcarry_u32さらに古いプロセッサでも動作します)。テストした Ivy Bridge システムでは問題なく動作します。

ただし、 (MSFT のドキュメントに示されているように)_addcarryx_u64必要adxであり、実際に私の Ivy Bridge システムでは実行できません。

Answer 2

の配列を使用して 256 ビット整数をunsigned long long実装し、x64 アセンブリを使用してキャリー付きの加算を実装しました。C++ の呼び出し元は次のとおりです。

#include "stdafx.h"

extern "C" void add256(unsigned long long *a, unsigned long long * b, unsigned long long *c);

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    unsigned long long a[4] = {0x8000000000000001, 2, 3, 4};
    unsigned long long b[4] = {0x8000000000000005, 6, 7, 8};
    unsigned long long c[4] = {0, 0, 0, 0};
    add256(a, b, c); // c[] == {6, 9, 10, 12};
    return 0;
}

はadd256アセンブリで実装されます。

    ; void add256(unsigned long long *a, unsigned long long * b, unsigned long long *c)

.CODE
PUBLIC add256
add256 PROC

    mov                 qword ptr [rsp+18h],r8    
    mov                 qword ptr [rsp+10h],rdx    
    mov                 qword ptr [rsp+8],rcx    
    push                rdi    

    ; c[0] = a[0] + b[0];

    mov                 rax,qword ptr 16[rsp]
    mov                 rax,qword ptr [rax]    
    mov                 rcx,qword ptr 24[rsp]
    add                 rax,qword ptr [rcx]    
    mov                 rcx,qword ptr 32[rsp]
    mov                 qword ptr [rcx],rax    

    ; c[1] = a[1] + b[1] + CARRY;

    mov                 rax,qword ptr 16[rsp]
    mov                 rax,qword ptr [rax+8]    
    mov                 rcx,qword ptr 24[rsp]
    adc                 rax,qword ptr [rcx+8]    
    mov                 rcx,qword ptr 32[rsp]
    mov                 qword ptr [rcx+8],rax    

    ; c[2] = a[2] + b[2] + CARRY;

    mov                 rax,qword ptr 16[rsp]
    mov                 rax,qword ptr [rax+10h]    
    mov                 rcx,qword ptr 24[rsp]
    adc                 rax,qword ptr [rcx+10h]    
    mov                 rcx,qword ptr 32[rsp]
    mov                 qword ptr [rcx+10h],rax    

    ; c[3] = a[3] + b[3] + CARRY;

    mov                 rax,qword ptr 16[rsp]
    mov                 rax,qword ptr [rax+18h]    
    mov                 rcx,qword ptr 24[rsp]
    adc                 rax,qword ptr [rcx+18h]    
    mov                 rcx,qword ptr 32[rsp]
    mov                 qword ptr [rcx+18h],rax    

    ; }

    pop                 rdi    
    ret    

    add256              endp

    end                        

キャリー ソリューションを使用したエミュレートされた加算が必要なく、高性能のソリューションが必要であると指摘していることは承知していますが、それでも、256 ビット数をシミュレートする優れた方法を備えた次の C++ のみのソリューションを検討することができます。

#include "stdafx.h"

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    unsigned long long a[4] = {0x8000000000000001, 2, 3, 4};
    unsigned long long b[4] = {0x8000000000000005, 6, 7, 8};
    unsigned long long c[4] = {0, 0, 0, 0};
    c[0] = a[0] + b[0]; // 6
    c[1] = a[1] + b[1] + (c[0] < a[0]); // 9
    c[2] = a[2] + b[2] + (c[1] < a[1]); // 10
    c[3] = a[3] + b[3] + (c[2] < a[2]); // 12
    return 0;
}