4. 向量算术运算指令：加减乘除、逻辑、移位与比较
好，咱们进入第四章。这一章是向量指令集里最常用、也最基础的部分——算术运算指令。说白了，就是怎么让处理器一次性处理一堆整数，怎么比大小，怎么做移位和逻辑操作。
我个人习惯把这类指令称为“向量计算的核心肌肉群”。你后面做任何性能优化，几乎都绕不开它们。咱们一个一个来看。
4.1 向量整数加减乘除
先看最简单的：加法。RISC-V 向量指令集里，加法指令是 vadd.vv、vadd.vx、vadd.vi。后缀 .vv 表示两个向量寄存器相加，.vx 是向量加标量，.vi 是向量加立即数。
举个例子：
# 两个向量寄存器相加
vadd.vv v8, v12, v16 # v8[i] = v12[i] + v16[i]
# 向量加标量（x5 寄存器里的值）
vadd.vx v8, v12, x5 # v8[i] = v12[i] + x5
# 向量加立即数
vadd.vi v8, v12, 15 # v8[i] = v12[i] + 15减法指令是 vsub.vv 和 vsub.vx。注意，没有立即数版本——你想想看，减立即数完全可以用加负数来替代，所以指令集设计上就省掉了。
乘法指令是 vmul.vv、vmul.vx。这里有个坑：乘法结果可能溢出。RISC-V 向量指令集默认是“饱和”还是“截断”？嗯，这里要注意——默认是截断，也就是只保留低 SEW 位。如果你需要饱和运算，得用 vsmul 系列指令。
vmul，结果溢出后数据直接截断，画面出现奇怪的条纹。后来换成 vsmul 饱和乘法才解决。所以，涉及边界值计算时，一定想清楚你要截断还是饱和。
除法指令是 vdiv.vv、vdiv.vx，以及对应的求余指令 vrem.vv、vrem.vx。除法比较特殊，它通常需要多个周期才能完成。我在项目中遇到过，某些微架构里除法指令的吞吐量很低，如果你循环里频繁用除法，性能会很难看。
| 指令 | 操作 | 说明 |
|---|---|---|
vadd.vv |
向量 + 向量 | 最常用，两个向量逐元素相加 |
vadd.vx |
向量 + 标量 | 常用于加偏置、加常数 |
vsub.vv |
向量 - 向量 | 逐元素减法 |
vmul.vv |
向量 × 向量 | 截断乘法，注意溢出 |
vdiv.vv |
向量 ÷ 向量 | 整数除法，向零取整 |
vrem.vv |
向量 % 向量 | 求余，符号与被除数一致 |
4.2 向量逻辑运算
逻辑运算包括与、或、异或、取反。指令分别是 vand、vor、vxor、vnot。同样支持 .vv、.vx、.vi 三种形式。
我建议你重点记住 vxor 的一个妙用：它可以用来做条件取反。比如你想根据某个掩码来翻转数据，一条 vxor.vv 就搞定了，比分支判断快得多。
# 逻辑与：v8[i] = v12[i] & v16[i]
vand.vv v8, v12, v16
# 逻辑或：v8[i] = v12[i] | 0xFF
vor.vi v8, v12, 0xFF
# 逻辑异或：v8[i] = v12[i] ^ x5
vxor.vx v8, v12, x5
# 逻辑取反：v8[i] = ~v12[i]
vnot.v v8, v12vand 或 vor 配合掩码来实现。我在做数据包解析时，经常用这招来快速提取或置位标志位。
4.3 向量移位运算
移位指令分逻辑左移、逻辑右移、算术右移。指令是 vsll（左移）、vsrl（逻辑右移）、vsra（算术右移）。
为什么要有算术右移？因为对于有符号数，逻辑右移高位补0，负数会变成正数，结果就错了。算术右移会复制符号位，保证负数右移后还是负数。
# 左移：v8[i] = v12[i] << 3
vsll.vi v8, v12, 3
# 逻辑右移：v8[i] = v12[i] >> 4（高位补0）
vsrl.vi v8, v12, 4
# 算术右移：v8[i] = v12[i] >>> 4（高位补符号位）
vsra.vi v8, v12, 4移位量也可以来自向量寄存器：vsll.vv 表示每个元素按对应的移位量来移。这个特性在做可变位宽的编解码时特别有用。
SEW 位宽，结果是未定义的。不同硬件实现可能不一样，别依赖这个边界行为。
4.4 向量比较指令
比较指令是向量化的分支判断。指令有 vmseq（等于）、vmsne（不等于）、vmslt（小于）、vmsle（小于等于）、vmsgt（大于）、vmsge（大于等于）。
比较结果不是普通的数值，而是一个掩码向量——每个元素只占1位，存放在 v0 到 v7 这8个掩码寄存器里。你想想看，这设计多巧妙：一次比较就能得到整个向量的条件结果，后续可以用这个掩码来做条件执行。
# 比较 v12 和 v16，结果存入 v0
vmseq.vv v0, v12, v16 # v0[i] = (v12[i] == v16[i]) ? 1 : 0
# 比较 v12 和立即数 10
vmslt.vi v0, v12, 10 # v0[i] = (v12[i] < 10) ? 1 : 0
# 比较 v12 和标量 x5
vmsle.vx v0, v12, x5 # v0[i] = (v12[i] <= x5) ? 1 : 0比较指令的返回值是掩码，那怎么用呢？最常见的用法是配合 vmerge 或 vcond 做条件赋值。比如：
# 如果 v12[i] > 0，则 v8[i] = v12[i]，否则 v8[i] = 0
vmsgt.vi v0, v12, 0 # 生成掩码
vmerge.vvm v8, v16, v12, v0 # v8 = v0 ? v12 : v16（这里 v16 是零向量）v0 到 v7 这8个。如果你同时需要多个比较结果，记得规划好掩码寄存器的使用。我早期写代码时没注意，结果掩码被覆盖了，调试了半天才发现。
4.5 知识结构总览
下面这张图把本章的指令体系串起来了。你可以把它当作速查地图：
这张图把四类指令的层级关系画清楚了。你写代码时，先想清楚你要做的是哪一类操作，再选具体的指令和操作数形式。
4.6 实战建议
最后，给几个我在项目中总结出来的经验：
- 优先用
.vi形式：如果立即数能表达你的常数，就用立即数版本。它省去了加载标量寄存器的指令，代码更紧凑。 - 注意除法性能：除法指令的延迟通常是加法的 10 倍以上。能避免就避免，实在避不开，考虑用查表或近似算法替代。
- 掩码寄存器是稀缺资源：只有 8 个，别浪费。如果比较结果只用一次，用完就覆盖没问题；如果需要保留多个条件，提前规划好。
- 移位量别越界：移位量 ≥ SEW 位宽时，行为未定义。不同硬件可能给出不同结果，别依赖它。