Question

这个问题更多的是出于好奇而非必要：

是否可以以某种方式重写c代码if ( !boolvar ) { ...，以便将其编译为1 cpu指令？

我试过在理论层面考虑这个问题，这就是我想出的：

if ( !boolvar ) { ...

需要首先否定变量，然后根据该变量进行分支 - ＆gt; 2条指令（否定+分支）

if ( boolvar == false ) { ...

需要将false值加载到寄存器中，然后根据该值进行分支 - ＆gt; 2条指令（加载+分支）

if ( boolvar != true ) { ...

需要将true的值加载到寄存器中然后根据该分支（“branch-if-not-equal”）分支 - ＆gt; 2条指令（load +“branch-if-not-equal”）

我的假设错了吗？我有什么东西可以忽略吗？

我知道我可以生成程序的中间asm版本，但我不知道如何以某种方式使用它，所以我一方面可以打开编译器优化，同时又没有空{{1} }语句优化了（或者将if语句与其内容一起优化，给出一些非通用的答案）

P.S。：当然我也搜索谷歌和SO这个，但有这么短的搜索条件我真的找不到任何有用的东西

P.P.S。我对一个语义上等效的版本没问题，这个版本不是语法等价的，例如不使用if。

编辑：如果我对发出的asm指令的假设是错误的，请随时纠正我。

Edit2：我实际上已经学习了大约15年前，并在大约5年前重新学习了alpha架构，但我希望我的问题仍然足够明确，以弄清楚我在问什么。此外，如果它有助于找到一个好的答案，你可以自由地假设消费者cpus中常见的任何类型的处理器扩展，直到AVX2（截至撰写本文时的当前haswell cpu）。

Answer 1

在我的帖子结束时，它会说明为什么你不应该针对这种行为（在x86上）。

正如Jerry Coffin写的那样，x86中的大多数跳转取决于标志寄存器。

但有一个例外：j*cxz指令集在ecx / rcx寄存器为零时跳转。为此，您需要确保boolvar使用ecx注册。您可以通过专门将其分配给该寄存器来实现这一目标

register int boolvar asm ("ecx");

但到目前为止，并非所有编译器都使用j*cxz指令集。 icc有一个标志可以让它做到这一点，但通常不建议这样做。英特尔手册说明了两条指令

test ecx, ecx
jz ...

在处理器上更快。

这样做的原因是x86是CISC（复杂）指令集。在实际的硬件中，虽然处理器会将在asm中作为一条指令出现的复杂指令拆分成多个微指令，然后以RISC方式执行。这就是为什么并非所有指令都需要相同的执行时间的原因，有时多个小指令比一个指令更快。

test和jz是单个微指令，但jecxz将被分解为这两个。

存在j*cxz指令集的唯一原因是，如果要在不修改标志寄存器的情况下进行条件跳转。

Answer 2

是的，它是可能的 - 但这样做取决于此代码的上下文。

x86中的条件分支取决于flags寄存器中的值。为了将其编译成单个指令，其他一些代码将需要设置正确的标志，因此剩下的所有内容都是jnz wherever之类的单个指令。

例如：

boolvar = x == y;
if (!boolvar) {
    do_something();
}

...可能最终呈现为：

    mov eax, x
    cmp eax, y    ; `boolvar = x == y;`
    jz @f
    call do_something
@@:

根据您的观点，它甚至可以编译为仅部分指令。例如，相当多的指令可以＆＃34;谓词＆＃34;，因此只有在某些先前定义的条件为真时才执行它们。在这种情况下，您可能有一条指令用于设置＆＃34; boolvar＆＃34;到正确的值，然后是一个有条件地调用一个函数，所以没有一个（完整的）指令对应于if语句本身。

虽然你不太可能在体面的C语言中看到它，但单个汇编语言指令可能包含更多内容。举个明显的例子，考虑一下：

    x = 10;
looptop:
    -- x;
    boolvar = x == 0;
    if (!boolvar)
        goto looptop;

这整个序列可以编译成类似的东西：

    mov ecx, 10
looptop:
    loop looptop

Answer 3

我的假设是错误的

你有几个假设错了。首先你应该知道1条指令不一定比多条指令快。例如，在较新的μarchtest可以与jcc进行宏融合，因此2条指令将作为一条运行。或者划分是如此之慢，以至于可能已经完成了数十或数百个更简单的指令。如果if块比多个指令慢，那么将if块编译为单个指令是不值得的

此外，if ( !boolvar ) { ...不需要 首先否定变量，然后根据 进行分支。 x86中的大多数跳转都基于标志，它们同时具有yes和no条件，因此不需要否定该值。我们可以简单地跳到非零而不是跳零（

）

同样地，if ( boolvar == false ) { ...不需要 将false值加载到寄存器中，然后根据 进行分支。 false是一个等于0的常量，可以作为立即数嵌入到指令中（如cmp reg, 0）。但是对于零检查，那么只需一个简单的test reg, reg即可。然后jnz或jz将用于跳转零/非零，这将与之前的test指令融合为一个

可以将if标题或正文编译成单个指令，但这完全取决于您需要做什么，以及使用了什么条件。因为boolvar的标志可能已经可以从前一个语句中获得，所以下一行中的if块可以像Jerry Coffin的回答一样直接跳转

此外x86具有条件移动，因此如果if内部是一个简单的赋值，则可以在1条指令中完成。以下是example and its output

int f(bool condition, int x, int y)
{
    int ret = x;
    if (!condition)
        ret = y;
    return ret;
}

f(bool, int, int):
        test    dil, dil ; if(!condition)
        mov     eax, edx ; ret = y
        cmovne  eax, esi ; if(condition) ret = x
        ret

其他一些情况甚至不需要条件移动或跳跃。例如

bool f(bool condition)
{
    bool ret = false;
    if (!condition)
        ret = true;
    return ret;
}

编译为a single xor without any jump at all

f(bool):
        mov     eax, edi
        xor     eax, 1
        ret

ARM体系结构（v7及更低版本）可以将任何指令作为条件运行，因此可以只转换为一条指令

例如以下循环

while (i != j)
{
   if (i > j)
   {
       i -= j;
   }
   else
   {
       j -= i;
   }
}

可以转换为ARM程序集

loop:   CMP  Ri, Rj         ; set condition "NE" if (i != j),
                            ;               "GT" if (i > j),
                            ;            or "LT" if (i < j)
        SUBGT  Ri, Ri, Rj   ; if "GT" (Greater Than), i = i-j;
        SUBLT  Rj, Rj, Ri   ; if "LT" (Less Than), j = j-i;
        BNE  loop           ; if "NE" (Not Equal), then loop

如果（！boolvar）{...在1个asm指令中可以做什么？

3 个答案: