如何指示 MSVC 编译器使用 64 位/32 位除法而不是较慢的 128 位/64 位除法？

如何告诉 MSVC 编译器使用 64 位/32 位除法运算来计算 x86-64 目标的以下函数的结果：

#include <stdint.h> 

uint32_t ScaledDiv(uint32_t a, uint32_t b) 
{
  if (a > b)
        return ((uint64_t)b<<32) / a;   //Yes, this must be casted because the result of b<<32 is undefined
  else
        return uint32_t(-1);
}

我想要代码，当if陈述正确，编译以使用 64 位/32 位除法运算，例如像这样的东西：

; Assume arguments on entry are: Dividend in EDX, Divisor in ECX
mov edx, edx  ;A dummy instruction to indicate that the dividend is already where it is supposed to be
xor eax,eax
div ecx   ; EAX = EDX:EAX / ECX

...但是x64 MSVC编译器坚持使用128位/64位div指令，例如：

mov     eax, edx
xor     edx, edx
shl     rax, 32                             ; Scale up the dividend
mov     ecx, ecx
div rcx   ;RAX = RDX:RAX / RCX

See: https://www.godbolt.org/z/VBK4R71

根据答案这个问题, 128位/64位div指令是不更快比 64 位/32 位div操作说明。

这是一个问题，因为它不必要地减慢了我的 DSP 算法，而该算法会产生数百万个这样的缩放除法。

我通过修补可执行文件以使用 64 位/32 位 div 指令来测试此优化：性能提升28%根据产生的两个时间戳rdtsc指示。

（编者注：大概是在最近的一些 Intel CPU 上。AMD CPU 不需要这种微优化，如链接的问答中所述。）

当前的编译器（gcc/clang/ICC/MSVC）不会从可移植的 ISO C 源代码中进行此优化，即使您让他们证明这一点b < a所以商将适合 32 位。 （例如使用 GNU Cif(b>=a) __builtin_unreachable(); 在戈德螺栓上）。这是一个错过的优化；在这个问题得到解决之前，您必须使用内在函数或内联汇编来解决它。

（或者使用 GPU 或 SIMD 代替；如果许多元素具有相同的除数，请参见https://libdivide.com/用于 SIMD 计算一次乘法逆元并重复应用它。）

_udiv64可用从 Visual Studio 2019 RTM 开始。

在 C 模式下（-TC）它显然总是被定义的。在C++模式下，你需要#include <immintrin.h>，根据 Microsoft 文档。或者intrin.h.

https://godbolt.org/z/vVZ25L (Or on Godbolt.ms because recent MSVC on the main Godbolt site is not working¹.)

#include <stdint.h>
#include <immintrin.h>       // defines the prototype

// pre-condition: a > b else 64/32-bit division overflows
uint32_t ScaledDiv(uint32_t a, uint32_t b) 
{
    uint32_t remainder;
    uint64_t d = ((uint64_t) b) << 32;
    return _udiv64(d, a, &remainder);
}

int main() {
    uint32_t c = ScaledDiv(5, 4);
    return c;
}

_udiv64 将产生 64/32 div。左右两移是一个错过的优化。

;; MSVC 19.20 -O2 -TC
a$ = 8
b$ = 16
ScaledDiv PROC                                      ; COMDAT
        mov     edx, edx
        shl     rdx, 32                             ; 00000020H
        mov     rax, rdx
        shr     rdx, 32                             ; 00000020H
        div     ecx
        ret     0
ScaledDiv ENDP

main    PROC                                            ; COMDAT
        xor     eax, eax
        mov     edx, 4
        mov     ecx, 5
        div     ecx
        ret     0
main    ENDP

所以我们可以看到 MSVC 并没有通过_udiv64，即使在这种情况下它不会溢出并且它可以编译main只是mov eax, 0ccccccccH / ret.

更新#2 https://godbolt.org/z/n3Dyp-添加了使用英特尔 C++ 编译器的解决方案，但这效率较低，并且会破坏常量传播，因为它是内联汇编。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

__declspec(regcall, naked) uint32_t ScaledDiv(uint32_t a, uint32_t b) 
{
    __asm mov edx, eax
    __asm xor eax, eax
    __asm div ecx
    __asm ret
    // implicit return of EAX is supported by MSVC, and hopefully ICC
    // even when inlining + optimizing
}

int main()
{
    uint32_t a = 3 , b = 4, c = ScaledDiv(a, b);
    printf( "(%u << 32) / %u = %u\n", a, b, c);
    uint32_t d = ((uint64_t)a << 32) / b;
    printf( "(%u << 32) / %u = %u\n", a, b, d);
    return c != d;
}

脚注 1：Matt Godbolt 的主站点的非 WINE MSVC 编译器暂时（？）消失了。微软运行https://www.godbolt.ms/在真实 Windows 上托管最新的 MSVC 编译器，并且通常主要的 Godbolt.org 站点会转发到 MSVC 的站点。）

看来godbolt.ms会生成短链接，但不会再次扩展它们！无论如何，完整链接更好地抵抗链接腐烂。