移位操作后使用进位标志

Question

对于以下代码的div / mod部分：

int pow(int x, unsigned int n)
{
    int y = 1;
    while (n > 1)
    {
        auto m = n%2;
        n = n/2;
        if (m)
            y *= x;
        x = x*x;
    }
    return x*y;
}

我希望组装像

shr n
cmovc y, yx

但是gcc / clang甚至icc在这里不使用进位标志（使用2个寄存器和and / test代替）：https://godbolt.org/z/L6VUZ1

所以我想知道如果手动编码最好的方法是什么，为什么（ILP，依赖项...）。

Answer 1

test/je可以在主流的Intel和AMD CPU上宏融合为单个uop，因此在分支代码中，您仅节省代码大小，并通过使用CF输出的是班次，而不是先前的test/je。

（不幸的是，这里的gcc确实很笨，它在test edx,edx的结果上使用and edx,1，而不是仅使用test dl,1或更佳的test sil,1保存{{1} mov也会使用imm32编码，因为test esi,1没有test r/m32, imm8编码，因此编译器知道要读取test的窄寄存器。）

但是在像clang使用这样的无分支实现中，是的，您可以通过使用test的CF输出来保存uop，而不用cmovc单独计算cmove的输入。您仍然不会缩短关键路径，因为test和test可以并行运行，并且主流的CPU（例如Haswell或Ryzen）具有足够的管道来充分利用所有ILP，而仅仅是{{ 1}}循环承载的依赖链。 （https://agner.org/optimize/）。

实际上，这是瓶颈，shr的{​​{1}}-> imul->下一迭代dep链。在Haswell及更早版本上，cmov是2个周期的延迟（2微秒），因此总dep链是2 + 3 = 5个周期。 （流水线乘法器意味着进行额外的imul乘法不会降低y部分的速度，反之亦然；它们可以一次飞行，而不必在同一周期内开始。）

如果您针对不同的基础反复使用相同的cmov，则分支版本应该可以很好地预测，并且非常好，因为分支预测+投机执行会分离数据依赖链。

否则，最好吃更长的无分支版本延迟时间，而不要遭受分支未命中的麻烦。