Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

Если в качестве побочного эффекта инструкция модифицирует значение одного или нескольких регистров, в функции asm()должна присутствовать четвертая секция. Например, инструкция fucomipменяет регистр кода завершения, обозначаемый как cc. Строки, представляющие затираемые регистры, разделяются запятыми. Если инструкция способна изменить произвольную ячейку памяти, в этой секции должно стоять ключевое слово memory. На основании этой информации компилятор определяет, какие значения должны быть загружены повторно после завершения функции asm(). При отсутствии данной секции компилятор может сделать неверное предположение о том, что регистры содержат прежние значения, и это скажется на работе программы.

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 bsrlвычисляет 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 position:

asm("bsrl %1, %0" : "=r" (position) : "r" (number)};

Ей соответствует такой фрагмент на языке С:

long i;

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.

#include

#include

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;

}

#include

#include

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

ассемблерной инструкции bsrl. */

asm("bsrl %1, %0" : "=r" (position) : "r" (number));

result = position;

}

return 0;

}

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.

% time ./bit-pos-loop 250000000

19.51user 0.00system 0:20.40elapsed 95%CPU (0avgtext+0avgdata

0maxresident)k0inputs+0outputs (73major+11minor)pagefaults 0swaps

% time ./bit-pos-asm 250000000

3.19user 0.00system 0:03.32elapsed 95%CPU (0avgtext+0avgdata

0maxresident)k0inputs+0outputs (73major+11minor)pagefaults 0swaps

Приведенные результаты могут немного меняться в зависимости от загруженности системы, но хорошо видно, что ассемблерная версия выполняется гораздо быстрее.

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().