x86-Prozessoren und C
Zunächst habe ich die Beispiele aus dem Video nachgestellt und meine erste Erkenntnis war, dass der Verfasser des Videos nicht alles gesagt oder dass ich einiges überhört habe - die im Video gezeigten Assembler-Fragmente entstehen nämlich beim Übersetzen mit GCC nicht, wenn man nicht die Optimierungen aktiviert.
Der Code des Beispiels
int max(int a, int b)
{
if(a>b)
return a;
else
return b;
}
Sieht bei einer Übersetzung mittels gcc -S te.c so aus:
max:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl %edi, -4(%rbp)
movl %esi, -8(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
cmpl -8(%rbp), %eax
jle .L2
movl -4(%rbp), %eax
jmp .L3
.L2:
movl -8(%rbp), %eax
.L3:
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
Erst wenn man die Optimierungen aktiviert - wie zum Beipiel mittels gcc -S -O5 te.c erhält man die im Video angesprochene Version ohne Sprünge:
max:
.LFB23:
.cfi_startproc
cmpl %esi, %edi
movl %esi, %eax
cmovge %edi, %eax
ret
.cfi_endproc
In diesem Fall zeigt sich auch die Bestätigung der im Video bereits gemachten Aussage: In trivialen Fällen bringt es nichts, selbst zu versuchen, Sprünge zu verhindern - etwa mit diesem (dem Video entnommenen) Code:
int max1(int a, int b)
{
return a*(a>b)+b*(a<=b);
}
Der erzeugt nämlich optimiert etwas längeren und damit ineffizienteren Maschinencode:
max1:
.LFB24:
.cfi_startproc
xorl %eax, %eax
cmpl %esi, %edi
setg %al
imull %edi, %eax
movl %eax, %edx
xorl %eax, %eax
cmpl %esi, %edi
setle %al
imull %eax, %esi
leal (%rdx,%rsi), %eax
ret
.cfi_endproc
Wie sieht es aber für komplexere Beispiele aus? Ich habe (ebenfalls dem Video nachempfunden) auch ein etwas komplexeres Beispiel untersucht. Der C-Quelltext für beide Varianten sieht wie folgt aus:
int toUpper(char *buf)
{
char *pointer=buf;
while(*pointer!=0)
{
char pointedAt=*pointer;
if((pointedAt>='a')&&(pointedAt<='z'))
{
*pointer=pointedAt-32;
}
++pointer;
}
}
int toUpper1(char *buf)
{
char *pointer=buf;
while(*pointer!=0)
{
char pointedAt=*pointer;
int a=((pointedAt>='a')&&(pointedAt<='z'));
*pointer=pointedAt-(32*a);
++pointer;
}
}
Der dazu korrespondierende Maschinencode - ebenfalls wider mit -O5 übersetzt ergibt sich zu:
toUpper:
.LFB25:
.cfi_startproc
.L10:
movzbl (%rdi), %eax
testb %al, %al
je .L6
.L5:
leal -97(%rax), %edx
cmpb $25, %dl
ja .L7
subl $32, %eax
addq $1, %rdi
movb %al, -1(%rdi)
movzbl (%rdi), %eax
testb %al, %al
jne .L5
.L6:
rep ret
.p2align 4,,10
.p2align 3
.L7:
addq $1, %rdi
jmp .L10
.cfi_endproc
toUpper1:
.LFB26:
.cfi_startproc
jmp .L18
.p2align 4,,10
.p2align 3
.L13:
leal -97(%rax), %edx
cmpb $25, %dl
setbe %dl
addq $1, %rdi
sall $5, %edx
subl %edx, %eax
movb %al, -1(%rdi)
.L18:
movzbl (%rdi), %eax
testb %al, %al
jne .L13
rep ret
.cfi_endproc
Hier kann man mehrere Dinge erkennen:
- Die Branchless-Methode kommt nicht ganz ohne Sprünge aus - schließlich ist eine Schleife enthalten. Das könnte man nur durch Loop Unrolling verhindern - allerdings kann das die Nebenwirkung haben, damit den Cache explodieren zu lassen.
- Die Branchless-Methode kommt mit deutlich weniger Sprüngen aus - innerhalb der Schleife sogar gänzlich ohne. Das lässt darauf hoffen, dass die Performance der Lösung etwas höher ist.
- Die Branchless-Variante ist von der anzahl der Meschinenbefehle her sogar etwas kürzer, was nochmals auf eine Performance.Steigerung hoffen lässt.
Vor 5 Jahren hier im Blog
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8TB Raid5 mit Raspberry Pi
25.04.2020
Ich habe mir neulich überlegt, ob man einen Pi als Raid benutzen könnte - aber nicht mit dem ewig gleichen Setup mit 4 USB-Sticks...
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Manche nennen es Blog, manche Web-Seite - ich schreibe hier hin und wieder über meine Erlebnisse, Rückschläge und Erleuchtungen bei meinen Hobbies.
Wer daran teilhaben und eventuell sogar davon profitieren möchte, muss damit leben, daß ich hin und wieder kleine Ausflüge in Bereiche mache, die nichts mit IT, Administration oder Softwareentwicklung zu tun haben.
Ich wünsche allen Lesern viel Spaß und hin und wieder einen kleinen AHA!-Effekt...
PS: Meine öffentlichen Codeberg-Repositories findet man hier.