int运算符！=和==比较为零

时间：2012-05-31 17:50:54

标签： c++ performance assembly machine-code

我发现！=和==不是测试零或非零的最快方法。

bool nonZero1 = integer != 0;
xor eax, eax
test ecx, ecx
setne al

bool nonZero2 = integer < 0 || integer > 0;
test ecx, ecx
setne al

bool zero1 = integer == 0;
xor eax, eax
test ecx, ecx
sete al

bool zero2 = !(integer < 0 || integer > 0);
test ecx, ecx
sete al

编译器：VC ++ 11 优化标志：/ O2 / GL / LTCG

这是x86-32的汇编输出。两个比较的第二个版本在x86-32和x86-64上都快了约12％。但是，在x86-64上，指令是相同的（第一个版本看起来与第二个版本完全相同），但第二个版本仍然更快。

  1. 为什么编译器不能在x86-32上生成更快的版本？
  2. 当汇编输出相同时，为什么x86-64上的第二个版本仍然更快？

    3. 编辑：我添加了基准测试代码。零：1544毫秒，1358毫秒NON_ZERO：1544毫秒，1358毫秒 http://pastebin.com/m7ZSUrcP 要么 http://anonymouse.org/cgi-bin/anon-www.cgi/http://pastebin.com/m7ZSUrcP

    注意：在单个源文件中编译时找到这些函数可能不方便，因为main.asm非常大。我在一个单独的源文件中有zero1，zero2，nonZero1，nonZero2。

    EDIT2：安装了VC ++ 11和VC ++ 2010的人是否可以运行基准测试代码并发布时间？它可能确实是VC ++ 11中的一个错误。

2 个答案:

答案 0 :(得分：122)

这是一个很好的问题，但我认为你已成为编译器依赖性分析的牺牲品。

编译器只需要清除eax的高位一次，并且它们对第二个版本保持清晰。第二个版本必须付出xor eax, eax的价格，但编译器分析证明它已被第一个版本清除。

第二个版本可以利用编译器在第一个版本中所做的工作来“欺骗”。

你是如何衡量时间的？是“（版本1，后跟版本2）循环”，或“（循环中的版本1）后跟（循环中的版本2）”？

不要在同一个程序中执行这两个测试（而是针对每个版本重新编译），或者如果你这样做，请先测试“版本A优先”和“版本B优先”，然后查看先出先付的是否支付罚金。

作弊的插图：

timer1.start();
double x1 = 2 * sqrt(n + 37 * y + exp(z));
timer1.stop();
timer2.start();
double x2 = 31 * sqrt(n + 37 * y + exp(z));
timer2.stop();

如果timer2持续时间小于timer1持续时间，我们不会得出结论，乘以31比乘以2要快。相反，我们意识到编译器执行了常见的子表达式分析，并且代码变成了：

timer1.start();
double common = sqrt(n + 37 * y + exp(z));
double x1 = 2 * common;
timer1.stop();
timer2.start();
double x2 = 31 * common;
timer2.stop();

唯一证明的是，乘以31比计算common要快。这根本不足为奇 - 乘法远远快于sqrt和exp。

答案 1 :(得分：19)

  编辑：为我的代码看了OP的汇编列表。我怀疑这甚至是VS2011 的一般错误。这可能只是OP代码的一个特例。我使用clang 3.2，gcc 4.6.2和VS2010按原样运行OP代码，并且在所有情况下最大差异均为~1％。

只需对我的ne.c文件以及/O2和/GL标记进行适当修改即可编译源代码。这是源

int ne1(int n) {
 return n != 0;
 }

 int ne2(int n) {
 return n < 0 || n > 0;
 }

 int ne3(int n) {
 return !(n == 0);
 }

int main() { int p = ne1(rand()), q = ne2(rand()), r = ne3(rand());}

和相应的程序集：

    ; Listing generated by Microsoft (R) Optimizing Compiler Version 16.00.30319.01 

    TITLE   D:\llvm_workspace\tests\ne.c
    .686P
    .XMM
    include listing.inc
    .model  flat

INCLUDELIB OLDNAMES

EXTRN   @__security_check_cookie@4:PROC
EXTRN   _rand:PROC
PUBLIC  _ne3
; Function compile flags: /Ogtpy
;   COMDAT _ne3
_TEXT   SEGMENT
_n$ = 8                         ; size = 4
_ne3    PROC                        ; COMDAT
; File d:\llvm_workspace\tests\ne.c
; Line 11
    xor eax, eax
    cmp DWORD PTR _n$[esp-4], eax
    setne   al
; Line 12
    ret 0
_ne3    ENDP
_TEXT   ENDS
PUBLIC  _ne2
; Function compile flags: /Ogtpy
;   COMDAT _ne2
_TEXT   SEGMENT
_n$ = 8                         ; size = 4
_ne2    PROC                        ; COMDAT
; Line 7
    xor eax, eax
    cmp eax, DWORD PTR _n$[esp-4]
    sbb eax, eax
    neg eax
; Line 8
    ret 0
_ne2    ENDP
_TEXT   ENDS
PUBLIC  _ne1
; Function compile flags: /Ogtpy
;   COMDAT _ne1
_TEXT   SEGMENT
_n$ = 8                         ; size = 4
_ne1    PROC                        ; COMDAT
; Line 3
    xor eax, eax
    cmp DWORD PTR _n$[esp-4], eax
    setne   al
; Line 4
    ret 0
_ne1    ENDP
_TEXT   ENDS
PUBLIC  _main
; Function compile flags: /Ogtpy
;   COMDAT _main
_TEXT   SEGMENT
_main   PROC                        ; COMDAT
; Line 14
    call    _rand
    call    _rand
    call    _rand
    xor eax, eax
    ret 0
_main   ENDP
_TEXT   ENDS
END
使用ne2()，<和>运营商的

|| 显然更贵。分别使用ne1()和ne3()运算符的==和!=更加简洁明了。

Visual Studio 2011 in beta 。我认为这是一个错误。我和其他两个编译器的测试，即 gcc 4.6.2 和 clang 3.2 ，O2优化开关为所有三个测试产生完全相同的组件（我在我的Windows 7盒子上。以下是摘要：

$ cat ne.c

#include <stdbool.h>
bool ne1(int n) {
    return n != 0;
}

bool ne2(int n) {
    return n < 0 || n > 0;
}

bool ne3(int n) {
    return !(n != 0);
}

int main() {}

以gcc：

收益 
_ne1:
LFB0:
    .cfi_startproc
    movl    4(%esp), %eax
    testl   %eax, %eax
    setne   %al
    ret
    .cfi_endproc
LFE0:
    .p2align 2,,3
    .globl  _ne2
    .def    _ne2;   .scl    2;  .type   32; .endef
_ne2:
LFB1:
    .cfi_startproc
    movl    4(%esp), %edx
    testl   %edx, %edx
    setne   %al
    ret
    .cfi_endproc
LFE1:
    .p2align 2,,3
    .globl  _ne3
    .def    _ne3;   .scl    2;  .type   32; .endef
_ne3:
LFB2:
    .cfi_startproc
    movl    4(%esp), %ecx
    testl   %ecx, %ecx
    sete    %al
    ret
    .cfi_endproc
LFE2:
    .def    ___main;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .section    .text.startup,"x"
    .p2align 2,,3
    .globl  _main
    .def    _main;  .scl    2;  .type   32; .endef
_main:
LFB3:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    andl    $-16, %esp
    call    ___main
    xorl    %eax, %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc
LFE3:

和clang：

    .def     _ne1;
    .scl    2;
    .type   32;
    .endef
    .text
    .globl  _ne1
    .align  16, 0x90
_ne1:
    cmpl    $0, 4(%esp)
    setne   %al
    movzbl  %al, %eax
    ret

    .def     _ne2;
    .scl    2;
    .type   32;
    .endef
    .globl  _ne2
    .align  16, 0x90
_ne2:
    cmpl    $0, 4(%esp)
    setne   %al
    movzbl  %al, %eax
    ret

    .def     _ne3;
    .scl    2;
    .type   32;
    .endef
    .globl  _ne3
    .align  16, 0x90
_ne3:
    cmpl    $0, 4(%esp)
    sete    %al
    movzbl  %al, %eax
    ret

    .def     _main;
    .scl    2;
    .type   32;
    .endef
    .globl  _main
    .align  16, 0x90
_main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    calll   ___main
    xorl    %eax, %eax
    popl    %ebp
    ret

我的建议是将此文件作为Microsoft Connect的错误提交。

注意：我将它们编译为C源代码，因为我不认为使用相应的C ++编译器会在此处进行任何重大更改。

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