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use crate::simd::intrinsics;
use crate::simd::{LaneCount, Simd, SimdElement, SupportedLaneCount};
/// 通过将选定 lanes 中的元素复制到其他 vectors 中,创建一个新的 SIMD vector。
///
/// swizzling 一个 vector 时,lanes 由 `usize` 的 `const` 数组选择,如 [`Swizzle`]。
///
/// 当 swizzling 两个 vectors 时,lanes 由 [`Which`] 的 `const` 数组选择,如 [`Swizzle2`]。
///
/// # Examples
///
/// 使用单个 SIMD vector,const 数组指定 vector 中的 lane 索引:
///
/// ```
/// # #![feature(portable_simd)]
/// # use core::simd::{u32x2, u32x4, simd_swizzle};
/// let v = u32x4::from_array([10, 11, 12, 13]);
///
/// // 保持相同的大小
/// let r: u32x4 = simd_swizzle!(v, [3, 0, 1, 2]);
/// assert_eq!(r.to_array(), [13, 10, 11, 12]);
///
/// // 改变 lane 数
/// let r: u32x2 = simd_swizzle!(v, [3, 1]);
/// assert_eq!(r.to_array(), [13, 11]);
/// ```
///
/// 使用两个输入 SIMD vectors,const 数组使用 `Which` 来指定每个索引的来源:
///
/// ```
/// # #![feature(portable_simd)]
/// # use core::simd::{u32x2, u32x4, simd_swizzle, Which};
/// use Which::{First, Second};
/// let a = u32x4::from_array([0, 1, 2, 3]);
/// let b = u32x4::from_array([4, 5, 6, 7]);
///
/// // 保持相同的大小
/// let r: u32x4 = simd_swizzle!(a, b, [First(0), First(1), Second(2), Second(3)]);
/// assert_eq!(r.to_array(), [0, 1, 6, 7]);
///
/// // 改变 lane 数
/// let r: u32x2 = simd_swizzle!(a, b, [First(0), Second(0)]);
/// assert_eq!(r.to_array(), [0, 4]);
/// ```
#[allow(unused_macros)]
pub macro simd_swizzle {
(
$vector:expr, $index:expr $(,)?
) => {
{
use $crate::simd::Swizzle;
struct Impl;
impl<const LANES: usize> Swizzle<LANES, {$index.len()}> for Impl {
const INDEX: [usize; {$index.len()}] = $index;
}
Impl::swizzle($vector)
}
},
(
$first:expr, $second:expr, $index:expr $(,)?
) => {
{
use $crate::simd::{Which, Swizzle2};
struct Impl;
impl<const LANES: usize> Swizzle2<LANES, {$index.len()}> for Impl {
const INDEX: [Which; {$index.len()}] = $index;
}
Impl::swizzle2($first, $second)
}
}
}
/// 将 lane 索引指定为两个 SIMD vectors 之一。
///
/// 这是 [Swizzle2] 和辅助宏 (如 [simd_swizzle]) 的输入类型。
#[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash)]
pub enum Which {
/// 第一个输入 SIMD vector 中 lane 的索引。
First(usize),
/// 第二个输入 SIMD vector 中 lane 的索引。
Second(usize),
}
/// 从另一个 vector 的元素创建一个 vector。
pub trait Swizzle<const INPUT_LANES: usize, const OUTPUT_LANES: usize> {
/// 从输入 vector 的 lanes 映射到输出 vector。
const INDEX: [usize; OUTPUT_LANES];
/// 从 `vector` 的 lanes 创建一个新的 vector。
///
/// Lane `i` 的输出为 `vector[Self::INDEX[i]]`。
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
fn swizzle<T>(vector: Simd<T, INPUT_LANES>) -> Simd<T, OUTPUT_LANES>
where
T: SimdElement,
LaneCount<INPUT_LANES>: SupportedLaneCount,
LaneCount<OUTPUT_LANES>: SupportedLaneCount,
{
// 安全性: `vector` 是 vector,`INDEX_IMPL` 是 u32 的 const 数组。
unsafe { intrinsics::simd_shuffle(vector, vector, Self::INDEX_IMPL) }
}
}
/// 从另外两个 vectors 的元素创建一个 vector。
pub trait Swizzle2<const INPUT_LANES: usize, const OUTPUT_LANES: usize> {
/// 从输入 vectors 的 lanes 映射到输出 vector
const INDEX: [Which; OUTPUT_LANES];
/// 从 `first` 和 `second` 的 lanes 创建一个新的 vector。
///
/// lane `i` 在 `Self::INDEX[i]` 为 `First(j)` 时为 `first[j]`,在 `Second(j)` 时为 `second[j]`。
///
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
fn swizzle2<T>(
first: Simd<T, INPUT_LANES>,
second: Simd<T, INPUT_LANES>,
) -> Simd<T, OUTPUT_LANES>
where
T: SimdElement,
LaneCount<INPUT_LANES>: SupportedLaneCount,
LaneCount<OUTPUT_LANES>: SupportedLaneCount,
{
// 安全性: `first` 和 `second` 是 vectors,`INDEX_IMPL` 是 u32 的 const 数组。
unsafe { intrinsics::simd_shuffle(first, second, Self::INDEX_IMPL) }
}
}
/// `simd_shuffle` 内部函数需要 `u32`,因此这里需要进行错误检查和转换。
/// 这个 trait 对公共 API 隐藏了 `INDEX_IMPL`。
trait SwizzleImpl<const INPUT_LANES: usize, const OUTPUT_LANES: usize> {
const INDEX_IMPL: [u32; OUTPUT_LANES];
}
impl<T, const INPUT_LANES: usize, const OUTPUT_LANES: usize> SwizzleImpl<INPUT_LANES, OUTPUT_LANES>
for T
where
T: Swizzle<INPUT_LANES, OUTPUT_LANES> + ?Sized,
{
const INDEX_IMPL: [u32; OUTPUT_LANES] = {
let mut output = [0; OUTPUT_LANES];
let mut i = 0;
while i < OUTPUT_LANES {
let index = Self::INDEX[i];
assert!(index as u32 as usize == index);
assert!(index < INPUT_LANES, "source lane exceeds input lane count",);
output[i] = index as u32;
i += 1;
}
output
};
}
/// `simd_shuffle` 内部函数需要 `u32`,因此这里需要进行错误检查和转换。
/// 这个 trait 对公共 API 隐藏了 `INDEX_IMPL`。
trait Swizzle2Impl<const INPUT_LANES: usize, const OUTPUT_LANES: usize> {
const INDEX_IMPL: [u32; OUTPUT_LANES];
}
impl<T, const INPUT_LANES: usize, const OUTPUT_LANES: usize> Swizzle2Impl<INPUT_LANES, OUTPUT_LANES>
for T
where
T: Swizzle2<INPUT_LANES, OUTPUT_LANES> + ?Sized,
{
const INDEX_IMPL: [u32; OUTPUT_LANES] = {
let mut output = [0; OUTPUT_LANES];
let mut i = 0;
while i < OUTPUT_LANES {
let (offset, index) = match Self::INDEX[i] {
Which::First(index) => (false, index),
Which::Second(index) => (true, index),
};
assert!(index < INPUT_LANES, "source lane exceeds input lane count",);
// lanes 由第一个 vector 索引,然后是第二个 vector
let index = if offset { index + INPUT_LANES } else { index };
assert!(index as u32 as usize == index);
output[i] = index as u32;
i += 1;
}
output
};
}
impl<T, const LANES: usize> Simd<T, LANES>
where
T: SimdElement,
LaneCount<LANES>: SupportedLaneCount,
{
/// 反转 vector 中 lanes 的顺序。
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
pub fn reverse(self) -> Self {
const fn reverse_index<const LANES: usize>() -> [usize; LANES] {
let mut index = [0; LANES];
let mut i = 0;
while i < LANES {
index[i] = LANES - i - 1;
i += 1;
}
index
}
struct Reverse;
impl<const LANES: usize> Swizzle<LANES, LANES> for Reverse {
const INDEX: [usize; LANES] = reverse_index::<LANES>();
}
Reverse::swizzle(self)
}
/// 旋转 vector,使切片的第一个 `OFFSET` 元素移动到末尾,而最后一个 `LANES - OFFSET` 元素移动到前面。
///
/// 调用 `rotate_lanes_left` 后,先前在 `OFFSET` lane 中的元素将成为该 lane 中的第一个元素。
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
pub fn rotate_lanes_left<const OFFSET: usize>(self) -> Self {
const fn rotate_index<const OFFSET: usize, const LANES: usize>() -> [usize; LANES] {
let offset = OFFSET % LANES;
let mut index = [0; LANES];
let mut i = 0;
while i < LANES {
index[i] = (i + offset) % LANES;
i += 1;
}
index
}
struct Rotate<const OFFSET: usize>;
impl<const OFFSET: usize, const LANES: usize> Swizzle<LANES, LANES> for Rotate<OFFSET> {
const INDEX: [usize; LANES] = rotate_index::<OFFSET, LANES>();
}
Rotate::<OFFSET>::swizzle(self)
}
/// 旋转 vector,使 vector 的第一个 `LANES - OFFSET` 元素移动到末尾,而最后一个 `OFFSET` 元素移动到前面。
///
/// 调用 `rotate_lanes_right` 后,之前位于索引 `LANES - OFFSET` 的元素将成为切片中的第一个元素。
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
pub fn rotate_lanes_right<const OFFSET: usize>(self) -> Self {
const fn rotate_index<const OFFSET: usize, const LANES: usize>() -> [usize; LANES] {
let offset = LANES - OFFSET % LANES;
let mut index = [0; LANES];
let mut i = 0;
while i < LANES {
index[i] = (i + offset) % LANES;
i += 1;
}
index
}
struct Rotate<const OFFSET: usize>;
impl<const OFFSET: usize, const LANES: usize> Swizzle<LANES, LANES> for Rotate<OFFSET> {
const INDEX: [usize; LANES] = rotate_index::<OFFSET, LANES>();
}
Rotate::<OFFSET>::swizzle(self)
}
/// 交错两个 vectors。
///
/// 生成的 vectors 包含交替取自 `self` 和 `other` 的 lanes,首先填充第一个结果,然后填充第二个结果。
///
///
/// 这个操作的反面是 [`Simd::deinterleave`]。
///
/// ```
/// # #![feature(portable_simd)]
/// # use core::simd::Simd;
/// let a = Simd::from_array([0, 1, 2, 3]);
/// let b = Simd::from_array([4, 5, 6, 7]);
/// let (x, y) = a.interleave(b);
/// assert_eq!(x.to_array(), [0, 4, 1, 5]);
/// assert_eq!(y.to_array(), [2, 6, 3, 7]);
/// ```
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
pub fn interleave(self, other: Self) -> (Self, Self) {
const fn interleave<const LANES: usize>(high: bool) -> [Which; LANES] {
let mut idx = [Which::First(0); LANES];
let mut i = 0;
while i < LANES {
// 将源视为串联的 vector
let dst_index = if high { i + LANES } else { i };
let src_index = dst_index / 2 + (dst_index % 2) * LANES;
idx[i] = if src_index < LANES {
Which::First(src_index)
} else {
Which::Second(src_index % LANES)
};
i += 1;
}
idx
}
struct Lo;
struct Hi;
impl<const LANES: usize> Swizzle2<LANES, LANES> for Lo {
const INDEX: [Which; LANES] = interleave::<LANES>(false);
}
impl<const LANES: usize> Swizzle2<LANES, LANES> for Hi {
const INDEX: [Which; LANES] = interleave::<LANES>(true);
}
(Lo::swizzle2(self, other), Hi::swizzle2(self, other))
}
/// 去交错两个 vectors。
///
/// 第一个结果取 `self` 的每隔一个 lane,然后是 `other`,从第一个 lane 开始。
///
/// 第二个结果取 `self` 的每隔一个 lane,然后是 `other`,从第二个 lane 开始。
///
///
/// 这个操作的反面是 [`Simd::interleave`]。
///
/// ```
/// # #![feature(portable_simd)]
/// # use core::simd::Simd;
/// let a = Simd::from_array([0, 4, 1, 5]);
/// let b = Simd::from_array([2, 6, 3, 7]);
/// let (x, y) = a.deinterleave(b);
/// assert_eq!(x.to_array(), [0, 1, 2, 3]);
/// assert_eq!(y.to_array(), [4, 5, 6, 7]);
/// ```
///
#[inline]
#[must_use = "method returns a new vector and does not mutate the original inputs"]
pub fn deinterleave(self, other: Self) -> (Self, Self) {
const fn deinterleave<const LANES: usize>(second: bool) -> [Which; LANES] {
let mut idx = [Which::First(0); LANES];
let mut i = 0;
while i < LANES {
// 将源视为串联的 vector
let src_index = i * 2 + second as usize;
idx[i] = if src_index < LANES {
Which::First(src_index)
} else {
Which::Second(src_index % LANES)
};
i += 1;
}
idx
}
struct Even;
struct Odd;
impl<const LANES: usize> Swizzle2<LANES, LANES> for Even {
const INDEX: [Which; LANES] = deinterleave::<LANES>(false);
}
impl<const LANES: usize> Swizzle2<LANES, LANES> for Odd {
const INDEX: [Which; LANES] = deinterleave::<LANES>(true);
}
(Even::swizzle2(self, other), Odd::swizzle2(self, other))
}
}