int运算符!=和==比较为零

Question

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,为什么第二个版本在x86-64上仍然更快？

编辑:我添加了基准测试代码.ZERO:1544ms,1358ms NON_ZERO:1544ms,1358ms http://pastebin.com/m7ZSUrcP 或 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.

编辑2: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.

Answer 1

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一次的高位,并且它们对第二个版本保持清晰.第二个版本必须支付价格,xor eax, eax除了编译器分析证明它已被第一个版本清除.

第二个版本能够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？它是"(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进行这两个测试(而是为每个版本重新编译),或者如果你这样做,那么先测试"版本A第一"和"第一个版本B",看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,代码变为:

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比计算更快common.这根本不足为奇 - 乘法远远快于sqrt和exp.

Answer 2

编辑:看到我的代码的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%.

刚刚编译了源代码,ne.c并对我的文件/O2和/GL标志进行了适当的修改.这是源头

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());}

和相应的组件:

    ; 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

ne2()其中所用的<,>并||操作员是显然更昂贵.ne1()和ne3()其使用==和!=分别运算符,是更简洁和等同.

Visual Studio 2011 处于测试阶段.我认为这是一个错误.我和其他两个编译器(gcc 4.6.2和clang 3.2)的测试,O2优化开关在我的Windows 7盒子上为所有三个测试(我有)提供了完全相同的组件.这是一个总结:

$ 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() {}

收益率与gcc:

_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.