Question

我在这一特定行中感到困惑 - ＆gt;

result = (double) hi * (1 << 30) * 4 + lo;

以下代码：

void access_counter(unsigned *hi, unsigned *lo)
// Set *hi and *lo to the high and low order bits of the cycle
// counter. 
{
  asm("rdtscp; movl %%edx,%0; movl %%eax,%1"  // Read cycle counter
      : "=r" (*hi), "=r" (*lo)                // and move results to
      : /* No input */                        // the two outputs
      : "%edx", "%eax");
}

double get_counter()
// Return the number of cycles since the last call to start_counter.
{
    unsigned ncyc_hi, ncyc_lo;
    unsigned hi, lo, borrow;
    double result;

    /* Get cycle counter */
    access_counter(&ncyc_hi, &ncyc_lo);
    lo = ncyc_lo - cyc_lo;
    borrow = lo > ncyc_lo;
    hi = ncyc_hi - cyc_hi - borrow;
    result = (double) hi * (1 << 30) * 4 + lo;
    if (result < 0) {
    fprintf(stderr, "Error: counter returns neg value: %.0f\n", result);
    }
    return result;
}

我无法理解的是，为什么hi乘以2 ^ 30然后4？然后低添加到它？有人请解释这行代码中发生的事情。我确实知道hi和low包含的内容。

Answer 1

答案简短：

该行将64位整数转换为2个32位值，并将其存储为浮点数。

为什么代码不使用64位整数？好吧，gcc长期以来一直支持64位数字，但可能这个代码早于此。在这种情况下，支持大数字的唯一方法是将它们放入浮点数。

答案很长：

首先，您需要了解rdtscp的工作原理。调用此汇编程序指令时，它会执行两项操作：

1）将ecx设置为IA32_TSC_AUX MSR。根据我的经验，这通常意味着ecx设置为零。 2）将edx：eax设置为处理器时间戳计数器的当前值。这意味着计数器的低64位进入eax，高32位进入edx。

考虑到这一点，让我们看看代码。当从get_counter调用时，access_counter将把edx放入＆＃39; ncyc_hi＆＃39;和“ncyc_lo”中的eax。＆＃39;然后get_counter会这样做：

lo = ncyc_lo - cyc_lo;
borrow = lo > ncyc_lo;
hi = ncyc_hi - cyc_hi - borrow;

这是做什么的？

由于时间存储在2个不同的32位数字中，如果我们想知道已经过了多少时间，我们需要做一些工作来找出旧时间和新时间之间的差异。完成后，结果将被存储（再次，使用2个32位数字）hi / lo。

这最终将我们带到了您的问题。

result = (double) hi * (1 << 30) * 4 + lo;

如果我们可以使用64位整数，将2个32位值转换为单个64位值将如下所示：

unsigned long long result = hi; // put hi into the 64bit number.
result <<= 32;                  // shift the 32 bits to the upper part of the number
results |= low;                 // add in the lower 32bits.

如果你不习惯改变位置，也许这样看会有所帮助。如果lo = 1且high = 2，则表示为十六进制数：

result = hi;   0x0000000000000002
result <<= 32; 0x0000000200000000
result |= low; 0x0000000200000001

但是如果我们假设编译器不支持64位整数，那么它就不会起作用。虽然浮点数可以保持较大的值，但它们不支持移位。因此，我们需要找到一种方法来转移＆＃39; hi＆＃39;剩下32位，没有使用左移。

好吧那么，向左移动1实际上与乘以2相同。向左移动2与乘以4相同向左移动[省略...]向左移动32与乘以相同4294967296。

令人惊讶的巧合，4,294,967,296 ==（1 <＆lt; 30）* 4.

那么为什么要以复杂的方式写呢？那么，4,294,967,296是一个相当大的数字。事实上，它太大了，不适合32位整数。这意味着如果我们将它放在我们的源代码中，那么不支持64位整数的编译器可能无法确定如何处理它。写得像这样，编译器可以生成可能需要处理的任何浮点指令。

为什么当前代码错误：

看起来这段代码的变体已经在互联网上流传了很长时间。最初（我假设）access_counter是使用rdtsc而不是rdtscp编写的。我不会试图描述两者之间的区别（谷歌他们），除了指出rdtsc没有设置ecx，而rdtscp确实如此。谁将rdtsc更改为rdtscp显然不知道，并且未能调整内联汇编程序的东西以反映它。尽管你的代码可能会正常工作，但它可能会做一些奇怪的事情。要修复它，你可以这样做：

asm("rdtscp; movl %%edx,%0; movl %%eax,%1"  // Read cycle counter
  : "=r" (*hi), "=r" (*lo)                  // and move results to
  : /* No input */                          // the two outputs
  : "%edx", "%eax", "%ecx");

虽然这会起作用，但它并不是最佳选择。寄存器是i386上宝贵且稀缺的资源。这个小片段使用其中的5个。稍作修改：

asm("rdtscp"  // Read cycle counter
  : "=d" (*hi), "=a" (*lo)
  : /* No input */
  : "%ecx");

现在我们有2个汇编语句，我们只使用3个寄存器。

但即便如此，我们也无法做到最好。在编写此代码后的（可能很长）时间内，gcc添加了对64位整数的支持和读取tsc的函数，因此您根本不需要使用asm：

unsigned int a;
unsigned long long result;

result =  __builtin_ia32_rdtscp(&a);

＆＃39;一个＆＃39;是ecx中返回的（无用？）值。函数调用需要它，但我们可以忽略返回的值。

所以，不要做这样的事情（我假设你的现有代码确实如此）：

unsigned cyc_hi, cyc_lo;

access_counter(&cyc_hi, &cyc_lo);
// do something
double elapsed_time = get_counter(); // Find the difference between cyc_hi, cyc_lo and the current time

我们可以这样做：

unsigned int a;
unsigned long long before, after;

before =  __builtin_ia32_rdtscp(&a);
// do something
after =  __builtin_ia32_rdtscp(&a);
unsigned long long elapsed_time = after - before;

这个更短，不使用难以理解的汇编程序，更易于阅读，维护并生成最佳代码。

但它确实需要一个相对较新版本的gcc。

使用循环计数器测量程序执行时间

1 个答案: