SIMD 代码在 Debug 中有效，但在 Release 中无效

该代码在调试模式下工作，但由于发布模式下的断言而出现恐慌。

use std::arch::x86_64::*;

fn main() {
    unsafe {
        let a = vec![2.0f32, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0];
        let b = -1.0f32;

        let ar = _mm256_loadu_ps(a.as_ptr());
        println!("ar: {:?}", ar);

        let br = _mm256_set1_ps(b);
        println!("br: {:?}", br);

        let mut abr = _mm256_setzero_ps();
        println!("abr: {:?}", abr);

        abr = _mm256_fmadd_ps(ar, br, abr);
        println!("abr: {:?}", abr);

        let mut ab = [0.0; 8];
        _mm256_storeu_ps(ab.as_mut_ptr(), abr);
        println!("ab: {:?}", ab);

        assert_eq!(ab[0], -2.0f32);
    }
}

(操场)

我确实可以确认此代码会导致断言在发布模式下跳闸：

$ cargo run --release
    Finished release [optimized] target(s) in 0.00s
     Running `target/release/so53831502`
ar: __m256(2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
br: __m256(-1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0)
abr: __m256(0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
abr: __m256(-1.0, -1.0, -1.0, -1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
ab: [-1.0, -1.0, -1.0, -1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]
thread 'main' panicked at 'assertion failed: `(left == right)`
  left: `-1.0`,
 right: `-2.0`', src/main.rs:24:9

这似乎是一个编译器错误，请参阅here and here。特别是，您正在调用类似的例程_mm256_set1_ps and _mm256_fmadd_ps，这需要CPU特性avx and fma分别，但您的代码和编译命令都没有向编译器表明应该使用这些功能。

解决此问题的一种方法是告诉编译器使用以下两个命令来编译整个程序：avx and fma启用的功能，如下所示：

$ RUSTFLAGS="-C target-feature=+avx,+fma" cargo run --release
   Compiling so53831502 v0.1.0 (/tmp/so53831502)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.36s
     Running `target/release/so53831502`
ar: __m256(2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
br: __m256(-1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0)
abr: __m256(0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
abr: __m256(-2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
ab: [-2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]

实现相同结果的另一种方法是告诉编译器使用 CPU 上的所有可用 CPU 功能：

$ RUSTFLAGS="-C target-cpu=native" cargo run --release
   Compiling so53831502 v0.1.0 (/tmp/so53831502)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.34s
     Running `target/release/so53831502`
ar: __m256(2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
br: __m256(-1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0)
abr: __m256(0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
abr: __m256(-2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
ab: [-2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]

然而，这两个编译命令生成的二进制文件只能在支持avx and fma特征。如果这对您来说不是问题，那么这是一个很好的解决方案。如果您想构建可移植的二进制文件，那么您可以在运行时执行 CPU 功能检测，并在启用特定 CPU 功能的情况下编译某些函数。您有责任保证仅当相应的 CPU 功能启用且可用时才调用所述函数。该过程被记录为动态CPU特征检测的部分std::arch docs.

下面是一个使用运行时 CPU 特征检测的示例：

use std::arch::x86_64::*;
use std::process;

fn main() {
    if is_x86_feature_detected!("avx") && is_x86_feature_detected!("fma") {
        // SAFETY: This is safe because we're guaranteed to support the
        // necessary CPU features.
        unsafe { doit(); }
    } else {
        eprintln!("unsupported CPU");
        process::exit(1);
    }
}

#[target_feature(enable = "avx,fma")]
unsafe fn doit() {
    let a = vec![2.0f32, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0];
    let b = -1.0f32;

    let ar = _mm256_loadu_ps(a.as_ptr());
    println!("ar: {:?}", ar);

    let br = _mm256_set1_ps(b);
    println!("br: {:?}", br);

    let mut abr = _mm256_setzero_ps();
    println!("abr: {:?}", abr);

    abr = _mm256_fmadd_ps(ar, br, abr);
    println!("abr: {:?}", abr);

    let mut ab = [0.0; 8];
    _mm256_storeu_ps(ab.as_mut_ptr(), abr);
    println!("ab: {:?}", ab);

    assert_eq!(ab[0], -2.0f32);
}

要运行它，您不再需要设置任何编译标志：

$ cargo run --release
   Compiling so53831502 v0.1.0 (/tmp/so53831502)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.29s
     Running `target/release/so53831502`
ar: __m256(2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
br: __m256(-1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0)
abr: __m256(0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
abr: __m256(-2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
ab: [-2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]

如果您在不支持其中任何一个的 CPU 上运行生成的二进制文件avx or fma，那么程序应该退出并显示错误消息：unsupported CPU.

一般来说，我认为文档std::arch可以改进。特别是，您需要分割代码的关键边界取决于您的向量类型是否出现在函数签名中。那就是doit例程不需要标准 x86（或 x86_64）函数 ABI 之外的任何内容来调用，因此可以安全地从不支持的函数调用avx or fma。然而，在内部，该函数被告知使用基于给定 CPU 功能的附加指令集扩展来编译其代码。这是通过以下方式实现的target_feature属性。例如，如果您提供了不正确的目标特征：

#[target_feature(enable = "ssse3")]
unsafe fn doit() {
    // ...
}

那么该程序将表现出与您的初始程序相同的行为。