作者：zyl910。
之前的ccpuid V1.02的mmx/sse指令可用性检查存在缺陷。现在的V1.03版改进了mmx/sse指令可用性检查，使用signal、setjmp，能够支持纯C程序。修正了AVX检查Bug。增加多文件链接ccpuid的测试例程。
一、更新说明
1.1 改进mmx/sse指令可用性检查
1.1.1 问题背景
以前是使用结构化异常处理来确认当前环境是否能运行mmx/sse指令的。该方法存在两个问题。
首先，仅有C++支持结构化异常处理，而纯C是不支持的。所以在V1.02版中，是根据__cplusplus宏来做条件编译的。造成仅有C++版支持指令可用性检查，而纯C版没有该检查能力。
更重大的问题是——结构化异常处理并不能捕获mmx/sse指令错误，程序会崩溃。
这是因为——当运行了当前环境不支持指令时，不会触发结构化异常处理，而是触发SIG_ILL（非法指令）信号，若没有该信号的处理函数，程序就崩溃了。
本来我以为“硬件支持MMX/SSE，但当前运行环境不支持”这种情况是很罕见的，因为现在的主流操作系统（Windows、Linux、Mac OS X等）都是支持mmx和sse。
但后来发现，这种情况是很容易出现的。这是因为AVX指令集的影响。
当gcc用上“-mavx”编译参数时，gcc会将所有的SSE代码编译为“VEX前缀编码的SSE指令”，而不是“传统SSE编码的指令”。“VEX前缀编码的SSE指令”实际上是128位的AVX指令，只有CPU硬件支持AVX，并且操作系统支持AVX时，才能运行“VEX前缀编码的SSE指令”。
就算你的代码中没有使用SSE，但是由于编译器的自动矢量化编译优化，也可能会自动生成VEX SSE指令，导致程序崩溃。
而VC在这方面好一点，依然是生成传统编码的SSE指令，程序能够在非AVX环境下运行。
1.1.2 解决办法
怎么捕获SIG_ILL（非法指令）信号呢？C标准库提供了<signal.h>，用于处理信号。
从SIG_ILL信号中怎么恢复呢？C标准库提供了<setjmp.h>，可以实现非局部转移。
但是还存在一个问题——在信号处理函数中，怎么知道应该回到哪一个位置呢？这时只有靠一个全局变量来存放返回位置。
而使用全局变量，可能会引起线程安全问题。暂时不管了，目前的跨平台多线程处理很麻烦。还是等C11普及后再说吧。
1.1.3 具体实现1（修改ccpuid.h）
在具体实现时，会遇到这个问题——纯C版的ccpuid只是一个头文件，按照惯例只能含有声明性内容，不能含有定义性内容。而信号处理函数必须是一个实际定义的函数，这样才能获取它的函数指针进行注册。
如果再添加一个ccpuid.c源文件，在它里面编写信号处理函数。虽然这样更符合C语言惯例，但这样用起来很麻烦，而且可能还需要修改代码才能与新版的ccpuid兼容。
所以我决定还是将信号处理函数及相关的全局变量放在头文件中。为了避免外部暴露，可以加上static关键字，使它们仅在文件内可见、不参与链接。
由于现在需要检查MMX与SSE这两类指令，所以可以考虑将这种检查封装成为一个函数——
// 收到SIGILL信号时的跳回地址. static jmp_buf *volatile simd_pjmpback_sigill = NULL; // 处理SIGILL信号. static void simd_catch_sigill(int sig) { jmp_buf * pjmp = simd_pjmpback_sigill; // 能够跳回. if (NULL!=pjmp) { longjmp(*pjmp, 1); // 跳回. } // 不能跳回. //fprintf(stderr, "!SIGILL!"); abort(); } // 尝试调用一个可能会发生SIGILL信号的函数. // // result: 若正常运行，就返回pfunc的返回值. 否则返回0. // pfunc: 欲测试的函数. // puserdata: 用户自定参数, 在调用pfunc时会传递该参数. static int simd_try_sigill(int (*pfunc)(void*), void* puserdata) { int rt = 0; jmp_buf myjmp; jmp_buf* poldjmp=NULL; // 以前的跳回地址. void (*old_signal)(int) = SIG_DFL; // 以前的信号处理函数. // 注册跳转. if (0==setjmp(myjmp)) { // 登记跳回. poldjmp = simd_pjmpback_sigill; simd_pjmpback_sigill = &myjmp; // 注册信号处理函数. old_signal = signal(SIGILL, simd_catch_sigill); // [try] rt = pfunc(puserdata); } else { // [catch] } // 恢复信号处理函数. simd_pjmpback_sigill = poldjmp; signal(SIGILL, old_signal); return rt; }
验证MMX指令是否能运行——
// 验证mmx指令是否能运行_实际指令测试. static int simd_try_mmx_pfunc(void* puserdata) { #if defined(_M_X64) && defined(_MSC_VER) && !defined(__INTEL_COMPILER) // VC编译器不支持64位下的MMX. return 0; #else _mm_empty(); // MMX instruction: emms return 1; #endif // #if defined(_M_X64) && defined(_MSC_VER) } // 验证mmx指令是否能运行. static int simd_try_mmx() { int rt = 0; #if defined(_M_X64) && defined(_MSC_VER) && !defined(__INTEL_COMPILER) // VC编译器不支持64位下的MMX. #else rt = simd_try_sigill(simd_try_mmx_pfunc, 0); #endif // #if defined(_M_X64) && defined(_MSC_VER) return rt; }
验证SSE指令是否能运行——
// 验证sse指令是否能运行_实际指令测试. static int simd_try_sse_pfunc(void* puserdata) { int rt = 0; volatile __m128 xmm1 = _mm_setzero_ps(); // SSE instruction: xorps int* pxmm1 = (int*)&xmm1; // 避免GCC的 -Wstrict-aliasing 警告. if (0==*pxmm1) rt = 1; // 避免Release模式编译优化时剔除_mm_setzero_ps. return rt; } // 验证sse指令是否能运行. static int simd_try_sse() { int rt = simd_try_sigill(simd_try_sse_pfunc, 0); return rt; }
然后再修改原来的simd_mmx、simd_sse_level函数，在最后调用simd_try_mmx、simd_try_sse验证当前环境——
// 是否支持MMX指令集. // // result: 返回当前运行环境是否支持MMX指令集. 非0表示支持, 0表示不支持. // phwmmx: 返回硬件是否支持MMX指令集. 非0表示支持, 0表示不支持. INLINE int simd_mmx(int* phwmmx) { int rt = 0; // result #ifdef CCPUID_X86 const uint32_t BIT_D_MMX = 0x00800000; // bit 23 uint32_t dwBuf[4]; // check processor support getcpuid(dwBuf, 1); // Function 1: Feature Information if ( dwBuf[3] & BIT_D_MMX ) rt=1; if (NULL!=phwmmx) *phwmmx=rt; // check OS support if ( rt>0 ) { if (!simd_try_mmx()) rt=0; } #else // #ifdef CCPUID_X86 if (NULL!=phwmmx) *phwmmx=rt; #endif // #ifdef CCPUID_X86 return rt; } // 检测SSE系列指令集的支持级别. // // result: 返回当前运行环境的SSE系列指令集支持级别. 详见SIMD_SSE_常数. // phwmmx: 返回硬件的SSE系列指令集支持级别. 详见SIMD_SSE_常数. INLINE int simd_sse_level(int* phwsse) { int rt = SIMD_SSE_NONE; // result #ifdef CCPUID_X86 const uint32_t BIT_D_SSE = 0x02000000; // bit 25 const uint32_t BIT_D_SSE2 = 0x04000000; // bit 26 const uint32_t BIT_C_SSE3 = 0x00000001; // bit 0 const uint32_t BIT_C_SSSE3 = 0x00000100; // bit 9 const uint32_t BIT_C_SSE41 = 0x00080000; // bit 19 const uint32_t BIT_C_SSE42 = 0x00100000; // bit 20 uint32_t dwBuf[4]; // check processor support getcpuid(dwBuf, 1); // Function 1: Feature Information if ( dwBuf[3] & BIT_D_SSE ) { rt = SIMD_SSE_1; if ( dwBuf[3] & BIT_D_SSE2 ) { rt = SIMD_SSE_2; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSE3 ) { rt = SIMD_SSE_3; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSSE3 ) { rt = SIMD_SSE_3S; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSE41 ) { rt = SIMD_SSE_41; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSE42 ) { rt = SIMD_SSE_42; } } } } } } if (NULL!=phwsse) *phwsse=rt; // check OS support if ( rt>0 ) { if (!simd_try_sse()) rt=SIMD_SSE_NONE; } #else // #ifdef CCPUID_X86 if (NULL!=phwmmx) *phwmmx=rt; #endif // #ifdef CCPUID_X86 return rt; }
1.1.4 具体实现2（修改ccpuid.hpp、ccpuid.cpp）
再考虑一下如何修改CCPUID类。原先是在调用RefreshProperty函数时，就一起更新_mmx、_sse等变量。而现在simd_try_mmx、simd_try_sse等验证函数不是线程安全的，如果还是一起更新的话，恐怕会影响稳定性。
所以设计为在需要时才验证的模式更好。具体做法是，simd_mmx、simd_sse_level返回-1，由mmx、sse负责检查。
mmx、sse原先设计为 const成员函数，而现在需要保存验证结果而修改_mmx、_sse变量，该怎么办呢？有两种方案——
1. 去掉该函数的const关键字，使其成为普通成员函数。
2. 将_mmx、_sse变量加上mutable关键字，使其能在 const成员函数 中修改。
考虑到旧代码的兼容性，我选择了方案2。
修改ccpuid.hpp：给_mmx、_sse变量加上mutable关键字，将mmx、sse函数挪至cpp文件中——
int mmx() const; // 系统支持MMX. int sse() const; // 系统支持SSE. ... mutable int _mmx; // 系统支持MMX. mutable int _sse; // 系统支持SSE.
修改ccpuid.cpp：simd_mmx、simd_sse_level返回-1，由mmx、sse负责检查——
int CCPUID::simd_mmx(int* phwmmx) const { int rt = 0; // result #ifdef CCPUID_X86 const uint32_t BIT_D_MMX = 0x00800000; // bit 23 uint32_t dwBuf[4]; // check processor support GetData(dwBuf, 1); // Function 1: Feature Information if ( dwBuf[3] & BIT_D_MMX ) rt=1; if (NULL!=phwmmx) *phwmmx=rt; // check OS support rt = -1; // 需要时才检查, 见mmx(). #else // #ifdef CCPUID_X86 if (NULL!=phwmmx) *phwmmx=rt; #endif // #ifdef CCPUID_X86 return rt; } int CCPUID::simd_sse_level(int* phwsse) const { int rt = SIMD_SSE_NONE; // result #ifdef CCPUID_X86 const uint32_t BIT_D_SSE = 0x02000000; // bit 25 const uint32_t BIT_D_SSE2 = 0x04000000; // bit 26 const uint32_t BIT_C_SSE3 = 0x00000001; // bit 0 const uint32_t BIT_C_SSSE3 = 0x00000100; // bit 9 const uint32_t BIT_C_SSE41 = 0x00080000; // bit 19 const uint32_t BIT_C_SSE42 = 0x00100000; // bit 20 uint32_t dwBuf[4]; // check processor support GetData(dwBuf, 1); // Function 1: Feature Information if ( dwBuf[3] & BIT_D_SSE ) { rt = SIMD_SSE_1; if ( dwBuf[3] & BIT_D_SSE2 ) { rt = SIMD_SSE_2; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSE3 ) { rt = SIMD_SSE_3; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSSE3 ) { rt = SIMD_SSE_3S; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSE41 ) { rt = SIMD_SSE_41; if ( dwBuf[2] & BIT_C_SSE42 ) { rt = SIMD_SSE_42; } } } } } } if (NULL!=phwsse) *phwsse=rt; // check OS support rt = -1; // 需要时才检查, 见sse(). #else // #ifdef CCPUID_X86 if (NULL!=phwsse) *phwsse=rt; #endif // #ifdef CCPUID_X86 return rt; } ... int CCPUID::mmx() const { if (_mmx<0) { // 发现未检查, 进行检查. _mmx = _hwmmx; if (_mmx>0) { if (!simd_try_mmx()) _mmx=0; } } return _mmx; } int CCPUID::sse() const { if (_sse<0) { // 发现未检查, 进行检查. _sse = _hwsse; if (_sse>0) { if (!simd_try_sse()) _sse=SIMD_SSE_NONE; } } return _sse; }
1.2 修正AVX检查Bug
V1.02版因X86平台判断功能改动了AVX检查代码，不小心留下了一个Bug——当操作系统不支持OSXSAVE时，simd_avx_level函数却返回一个正数，报告当前环境支持AVX。而按照规定，它应该返回0。
经过检查，发现是条件判断覆盖问题。于是修改了 simd_avx_level、CCPUID::simd_avx_level，修正了此Bug。
1.3 增加多文件链接ccpuid的测试例程
因SIGILL信号处理，现在ccpuid.h这个头文件中不得不含有定义性代码。一般来说，当头文件中含有定义性代码时，有时会造成多文件链接时报错。
虽然我们已经加上了static关键字使那部分代码变为仅文件内可见、不参与链接。但是为了验证，还是编写一个测试例程比较好。
于是在C++测试例程项目中 增加两个文件——test2.h和test2.cpp。
test2.h用于声明test2函数——
void test2(void);
在test2.cpp中也引用了ccpuid.hpp，并写了简单的测试代码——
#include <stdio.h> #include "ccpuid.hpp" #include "test2.h" // 测试调用 const对象 的 const成员函数. void test2_const(const CCPUID& ccid) { printf("test2_SSE:\t%d\n",ccid.sse()); } // 测试多文件链接使用ccpuid. void test2(void) { test2_const(CCPUID::cur()); }
最后在testccpuid.cpp中添加对test2函数的调用——
#include "test2.h" ... test2();
二、全部代码
（略）
2.1 ccpuid模块
2.1.1 ccpuid.h: CPUID信息（纯C版）
全部代码——
2.1.2 ccpuid.hpp: CPUID信息（C++版头文件）
全部代码——
2.1.3 ccpuid.cpp: CPUID信息（C++版源文件）
全部代码——
2.2 纯C版测试例程
2.2.1 testccpuidc.c : [C] 测试ccpuid.h, 显示CPUID信息
全部代码——
2.3 C++版测试例程
2.3.1 testccpuid.cpp : [C++] 测试ccpuid.hpp, 显示所有的CPUID信息
全部代码——
2.3.2 test2.h: 多文件链接ccpuid的测试（头文件）
全部代码——
2.3.3 test2.cpp: 多文件链接ccpuid的测试（源文件）
全部代码——
2.4 makefile
makefile——
三、编译测试
在以下编译器中成功编译——
VC6：x86版。
VC2003：x86版。
VC2005：x86版。
VC2010：x86版、x64版。
GCC 4.7.0（Fedora 17 x64）：x86版、x64版。
GCC 4.6.2（MinGW (20120426)）：x86版。
GCC 4.7.1（TDM-GCC (MinGW-w64)）：x86版、x64版。
llvm-gcc-4.2（Mac OS X Lion 10.7.4, Xcode 4.4.1）：x86版、x64版。
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《ccpuid：CPUID信息模块 V1.02版，支持Mac OS X，支持纯C，增加CPUF常数》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/09/29/ccpuid_v102.html
