使用 SVE 实现“strlen”

在 C 中，字符串的长度由字符串末尾的 0 字节标记。因此，要确定字符串的长度，必须扫描它，寻找 0 字节。最近的 ARM 处理器具有强大的指令集 (SVE)，非常适合此类问题。它允许您一次加载大型寄存器并进行宽比较（一次比较多个字节）。

然而，我们不想读取太多数据。如果您读取超出字符串的范围，您可能会访问另一个内存页面并触发分段错误。这可能会使您的程序崩溃。

值得庆幸的是，SVE 附带了一条加载指令，该指令只会在“第一个活动元素”上出错：只要您加载的第一个元素有效，就不会出错。

考虑到这一点，计算 C 字符串长度的简单算法如下：

1. 加载寄存器。
2. 将其中的每个字节与 0 进行比较。
3. 如果有任何比较匹配，则定位匹配并返回相应的长度。
4. 如果不是，增加寄存器大小（由 svcntb() 给定），然后重复。

使用内在函数，代码如下所示……

 size_t sve_strlen ( const char * s ) {  
   
  size_t len = 0 ;  
   
  而（真） {  
   
    svuint8_t 输入= svldff1_u8 ( svptrue_b8 ( ) , ( const uint8_t * ) s + len ) ;  
   
    svbool_t matches = svcmpeq_n_u8 ( svptrue_b8 ( ) ,输入, 0 ) ;  
   
    如果（ svptest_any （ svptrue_b8 （ ） ，匹配） ） {  
   
      返回len + svlastb_u8 ( svbrka_z (匹配,匹配) , svindex_u8 ( 0 , 1 ) ) ;  
   
    }  
   
    len + = svcntb ( ) ;  
   
  }  
   
}  
   

在汇编中，代码如下所示……

主循环：  
   
        ldff1b { z0 . b } , p0 / z , [ x10 , x8 ]  
   
        添加 x8 , x8 , x9  
   
        cmpeq p1 。 b , p0 / z , z0 。乙, # 0  
   
        湾。当量。主循环  
   

我不讨论我的函数的细节，但它隐含地假设底层寄存器大小不大于 256。我建议在实际系统中使用此函数之前添加一个检查 svcntb() 是否不大于 256。

在方法论上很难针对系统的 strlen 函数进行基准测试。然而，我们可以测量为相当大的字符串退役的指令数，作为相对速度的指示。在 graviton 3 系统（亚马逊）上使用 GCC 11，我得到以下指标：

虽然我现在不提倡采用 SVE 来替代 strlen，但考虑到我在几分钟内就完成了我的实施，这种潜力很有趣。

我的源代码可用。

图片来源：感谢 Denis Yaroshevskiy邀请我查看非故障负载。

更新：事实证明，strlen 是 ARM 在介绍 SVE 的幻灯片中使用的示例之一。乍一看，他们的实现看起来像我的，但更复杂。

原文： https://lemire.me/blog/2022/12/19/implementing-strlen-using-sve/