应该在Java字节码中看到乘法/移位优化

Question

我一直在读，不需要进行移位，因为编译器的优化会将乘法转换为移位。例如我应该在Java中位移除以2吗？和移位比Java中的乘法和除法快吗？。净？

我不是在这里询问性能差异，我可以自己测试一下。但是我认为很好奇的是，有几个人提到它将被“编译为同一件事”。这似乎是不正确的。我已经写了一小段代码。

private static void multi()
{
    int a = 3;
    int b = a * 2;
    System.out.println(b);
}

private static void shift()
{
    int a = 3;
    int b = a << 1L;
    System.out.println(b);
}

给出相同的结果，并将其打印出来。

当我查看生成的Java字节码时，将显示以下内容。

private static void multi();
Code:
   0: iconst_3
   1: istore_0
   2: iload_0
   3: iconst_2
   4: imul
   5: istore_1
   6: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   9: iload_1
  10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
  13: return

private static void shift();
Code:
   0: iconst_3
   1: istore_0
   2: iload_0
   3: iconst_1
   4: ishl
   5: istore_1
   6: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   9: iload_1
  10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
  13: return

现在我们可以看到“ imul”和“ ishl”之间的区别。

我的问题是：很明显，口头的优化在Java字节码中不可见。我仍然假设优化确实会发生，那么它是否只是在较低级别发生？或者，因为它是Java，所以在遇到imul语句时JVM是否以某种方式知道应该将其转换为其他内容。如果是这样，这个是怎么处理的任何资源将大大赞赏。

（作为一个旁注，我并不是想证明移位的必要性。我认为对于C ++而言，它至少会降低Java的可读性，至少对于那些习惯Java的人来说。我只是想看看优化发生在哪里）。

Answer 1

标题中的问题听起来与文本中的问题有所不同。引用的移位和乘法将“编译为同一件事”的说法是正确的。但是它还不适用于字节码。

通常，Java字节码未经过优化。有很都做了一些优化-主要是内联常量。除此之外，Java字节码只是原始程序的中间表示。从Java到Java字节码的转换相当“字面”地完成。

_{（我认为这是一件好事。字节码仍然与原始Java代码非常相似。所有可能的细节（特定于平台的！）优化都留给了虚拟机，这里有更多的选择。}

所有进一步的优化，例如算术优化，死代码消除或方法内联，均由JIT（即时编译器）在运行时完成。即时编译器还应用了通过位移位代替乘法的优化。

由于几个原因，您给出的示例使显示效果有些困难。System.out.println由于内联和调用此方法的一般先决条件，方法中包含的事实会使实际的机器代码变大。但更重要的是，移位1对应于与2的乘积，也对应于其自身的值相加。因此，您可能会在-和方法中看到伪装的指令，而不是shl在生成的multi方法的机器代码中观察（左移）汇编程序指令。addmultishift

但是，这是一个非常实用的示例，将左移了8，对应于256的乘法：

class BitShiftOptimization
{
    public static void main(String args[])
    {
        int blackHole = 0;
        for (int i=0; i<1000000; i++)
        {
            blackHole += testMulti(i);
            blackHole += testShift(i);
        }
        System.out.println(blackHole);

    }

    public static int testMulti(int a)
    {
        int b = a * 256;
        return b;
    }

    public static int testShift(int a)
    {
        int b = a << 8L;
        return b;
    }
}

（它接收要移位的值作为参数，以防止将其优化为常量。它多次调用方法，以触发JIT。它从这两个方法返回并收集值，以防止方法调用再次优化，这很实用，但足以证明效果）

在Hotspot Disassembler VM中使用

java -server -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+TraceClassLoading -XX:+LogCompilation -XX:+PrintInlining -XX:+PrintAssembly BitShiftOptimization

将为该testMulti方法生成以下汇编代码：

Decoding compiled method 0x000000000286fbd0:
Code:
[Entry Point]
[Verified Entry Point]
[Constants]
  # {method} {0x000000001c0003b0} 'testMulti' '(I)I' in 'BitShiftOptimization'
  # parm0:    rdx       = int
  #           [sp+0x40]  (sp of caller)
  0x000000000286fd20: mov    %eax,-0x6000(%rsp)
  0x000000000286fd27: push   %rbp
  0x000000000286fd28: sub    $0x30,%rsp
  0x000000000286fd2c: movabs $0x1c0005a8,%rax   ;   {metadata(method data for {method} {0x000000001c0003b0} 'testMulti' '(I)I' in 'BitShiftOptimization')}
  0x000000000286fd36: mov    0xdc(%rax),%esi
  0x000000000286fd3c: add    $0x8,%esi
  0x000000000286fd3f: mov    %esi,0xdc(%rax)
  0x000000000286fd45: movabs $0x1c0003a8,%rax   ;   {metadata({method} {0x000000001c0003b0} 'testMulti' '(I)I' in 'BitShiftOptimization')}
  0x000000000286fd4f: and    $0x1ff8,%esi
  0x000000000286fd55: cmp    $0x0,%esi
  0x000000000286fd58: je     0x000000000286fd70  ;*iload_0
                        ; - BitShiftOptimization::testMulti@0 (line 17)

  0x000000000286fd5e: shl    $0x8,%edx
  0x000000000286fd61: mov    %rdx,%rax
  0x000000000286fd64: add    $0x30,%rsp
  0x000000000286fd68: pop    %rbp
  0x000000000286fd69: test   %eax,-0x273fc6f(%rip)        # 0x0000000000130100
                        ;   {poll_return}
  0x000000000286fd6f: retq   
  0x000000000286fd70: mov    %rax,0x8(%rsp)
  0x000000000286fd75: movq   $0xffffffffffffffff,(%rsp)
  0x000000000286fd7d: callq  0x000000000285f160  ; OopMap{off=98}
                        ;*synchronization entry
                        ; - BitShiftOptimization::testMulti@-1 (line 17)
                        ;   {runtime_call}
  0x000000000286fd82: jmp    0x000000000286fd5e
  0x000000000286fd84: nop
  0x000000000286fd85: nop
  0x000000000286fd86: mov    0x2a8(%r15),%rax
  0x000000000286fd8d: movabs $0x0,%r10
  0x000000000286fd97: mov    %r10,0x2a8(%r15)
  0x000000000286fd9e: movabs $0x0,%r10
  0x000000000286fda8: mov    %r10,0x2b0(%r15)
  0x000000000286fdaf: add    $0x30,%rsp
  0x000000000286fdb3: pop    %rbp
  0x000000000286fdb4: jmpq   0x0000000002859420  ;   {runtime_call}
  0x000000000286fdb9: hlt    
  0x000000000286fdba: hlt    
  0x000000000286fdbb: hlt    
  0x000000000286fdbc: hlt    
  0x000000000286fdbd: hlt    
  0x000000000286fdbe: hlt    

（顺便说一下，该testShift方法的代码具有相同的指令）。

这里的相关行是

  0x000000000286fd5e: shl    $0x8,%edx

对应于左移8。