В архитектуре x86 есть инструкции, определяющие позицию старшего и младшего значащих битов в слове. Процессор выполняет эти инструкции очень быстро. С другой стороны, чтобы сделать то же самое на языке С, потребуется написать цикл с операциями побитового сдвига.
Инструкция
bsrl
вычисляет местоположение старшего значащего бита в первом операнде и записывает результат (номер позиции начиная с нуля) во второй операнд. Например, следующая команда анализирует переменную number и помещает результат в переменную
for (i = (number >> 1), position = 0; i != 0; ++position)
i >>= 1;
Чтобы сравнить скорость выполнения двух фрагментов, мы поместили их в цикл, где перебирается большое количество чисел. В листинге 9.1 приведена реализация на языке С. Программа перебирает значения от единицы до числа, указанного в командной строке. Для каждого значения переменной number вычисляется позиция старшего значащего бита. В листинге 9.2 показано, как сделать то же самое с помощью ассемблерной вставки. Обратите внимание на то, что в обоих случаях результат вычислений заносится в переменную
result
, объявленную со спецификатором
volatile
. Это необходимо для подавления оптимизации со стороны компилятора, который удалит весь блок вычислений, если их результаты не используются или не заносятся в память.
Листинг 9.1. (bit-pos-loop.c) Нахождение позиции старшего значащего бита в цикле
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
long max = atoi(argv[1]);
long number;
long i;
unsigned position;
volatile unsigned result;
/* Повторяем вычисления для большого количества чисел. */
for (number = 1; number <= max; ++number) {
/* Сдвигаем число вправо, пока результат не станет
равным нулю.
Запоминаем количество операций сдвига. */
for (i = (number >> 1), position = 0; i != 0; ++position)
i >>= 1;
/* Позиция старшего значащего бита — это общее число
операций сдвига, кроме первой. */
result = position;
}
return 0;
}
Листинг 9.2. (bit-pos-asm.c) Нахождение позиции старшего значащего бита с помощью инструкции
bsrl
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
long max = atoi(argv[1]);
long number;
unsigned position;
volatile unsigned result;
/* Повторяем вычисления для большого количества чисел. */
for (number = 1; number <= max; ++number) {
/* Вычисляем позицию старшего значащего бита с помощью
Скомпилируем обе версии программы в режиме полной оптимизации:
% cc -O2 -о bit-pos-loop bit-pos-loop.c
% cc -O2 -о bit-pos-asm bit-pos-asm.c
Теперь запустим их с помощью команды
time
, которая замеряет время выполнения. В командной строке каждой программы указано большое значение, чтобы программа выполнялась хотя бы несколько секунд.
Приведенные результаты могут немного меняться в зависимости от загруженности системы, но хорошо видно, что ассемблерная версия выполняется гораздо быстрее.
9.5. Вопросы оптимизации
Даже при наличии в программе ассемблерных вставок модуль оптимизации компилятора пытается переупорядочить и переписать код программы, чтобы минимизировать время ее выполнения. Когда оптимизатор обнаруживает, что выходные данные функции
asm
не используются, он удаляет ее, если только ему не встречается ключевое слово
volatile
. Любой вызов функции
asm
может быть перемещен самым непредсказуемым образом. Единственный способ гарантировать конкретный порядок ассемблерных инструкций — включить все нужные инструкции в одну функцию
asm
.
Применение функции
asm
ограничивает эффективность оптимизации, поскольку компилятор не понимает семантику используемых в ней ассемблерных выражений. Помните об этом!
9.6. Вопросы сопровождения и переносимости
Если вы решили включить в программу архитектурно-зависимые ассемблерные вставки. поместите их в отдельные макросы или функции, что облегчит сопровождение программы. Когда все макросы находятся в одном файле и задокументированы, программу легче будет перенести в другую систему, так как придется переписать один-единственный файл. Например, большинство вызовов