了解汇编程序的原因之一是,有时可以使用汇编程序来编写比用高级语言(特别是C语言)编写的代码性能更好的代码。然而,我也听人说过很多次,尽管这并非完全错误,但实际上可以使用汇编程序来生成性能更好的代码的情况极其罕见,并且需要汇编方面的专业知识和经验。
这个问题甚至没有涉及到这样一个事实,即汇编程序指令将是特定于机器的、不可移植的,或者汇编程序的任何其他方面。当然,除了这一点之外,了解汇编还有很多很好的理由,但这是一个需要示例和数据的具体问题,而不是关于汇编程序与高级语言的扩展论述。
谁能提供一些具体的例子,说明使用现代编译器汇编代码比编写良好的C代码更快,并且您能否用分析证据支持这一说法?我相信这些案例确实存在,但我真的很想知道这些案例到底有多深奥,因为这似乎是一个有争议的问题。
不需要给出任何具体的示例或分析器证据,当您比编译器知道的更多时,您可以编写比编译器更好的汇编程序。
In the general case, a modern C compiler knows much more about how to optimize the code in question: it knows how the processor pipeline works, it can try to reorder instructions quicker than a human can, and so on - it's basically the same as a computer being as good as or better than the best human player for boardgames, etc. simply because it can make searches within the problem space faster than most humans. Although you theoretically can perform as well as the computer in a specific case, you certainly can't do it at the same speed, making it infeasible for more than a few cases (i.e. the compiler will most certainly outperform you if you try to write more than a few routines in assembler).
另一方面,有些情况下编译器没有那么多的信息——我想说主要是在使用不同形式的外部硬件时,编译器不知道这些信息。主要的例子可能是设备驱动程序,其中汇编程序结合人类对相关硬件的熟悉知识可以产生比C编译器更好的结果。
其他人提到了特殊用途指令,这就是我在上面一段中所说的——编译器可能对这些指令了解有限或根本不了解,这使得人类可以编写更快的代码。
简短的回答吗?有时。
从技术上讲,每一个抽象都有成本,而编程语言是CPU如何工作的抽象。然而C非常接近。几年前,我记得当我登录UNIX帐户并收到以下财富信息时(当时这种东西很流行),我笑出声来:
C程序设计语言——A
语言结合了
汇编语言的灵活性
汇编语言的强大。
这很有趣,因为这是真的:C就像可移植的汇编语言。
值得注意的是,汇编语言无论如何编写都可以运行。然而,在C语言和它生成的汇编语言之间有一个编译器,这是非常重要的,因为你的C代码有多快与你的编译器有多好有很大关系。
当gcc出现时,它如此受欢迎的原因之一是它通常比许多商业UNIX版本附带的C编译器要好得多。它不仅是ANSI C(没有任何K&R C的垃圾),更健壮,通常能产生更好(更快)的代码。不是总是,而是经常。
我告诉你这一切是因为没有关于C和汇编器速度的统一规则,因为C没有客观的标准。
同样地,汇编程序也会根据你正在运行的处理器、你的系统规格、你正在使用的指令集等而有很大的不同。历史上有两个CPU体系结构家族:CISC和RISC。CISC中最大的玩家过去是,现在仍然是Intel x86架构(和指令集)。RISC主宰了UNIX世界(MIPS6000、Alpha、Sparc等等)。CISC赢得了民心之战。
不管怎样,当我还是一个年轻的开发人员时,流行的观点是,手写的x86通常比C快得多,因为架构的工作方式,它的复杂性受益于人类的操作。另一方面,RISC似乎是为编译器设计的,所以没有人(我知道)写Sparc汇编器。我相信这样的人确实存在,但毫无疑问,他们现在都疯了,被送进了精神病院。
指令集是一个重要的点,即使在同一家族的处理器。某些英特尔处理器具有SSE到SSE4等扩展。AMD有他们自己的SIMD指令。像C这样的编程语言的好处是,人们可以编写他们的库,以便对您运行的任何处理器进行优化。这在汇编程序中是一项艰苦的工作。
你仍然可以在汇编程序中做一些编译器无法做的优化,一个编写良好的汇编程序算法将会和它的C等效程序一样快或更快。更大的问题是:这样做值得吗?
Ultimately though assembler was a product of its time and was more popular at a time when CPU cycles were expensive. Nowadays a CPU that costs $5-10 to manufacture (Intel Atom) can do pretty much anything anyone could want. The only real reason to write assembler these days is for low level things like some parts of an operating system (even so the vast majority of the Linux kernel is written in C), device drivers, possibly embedded devices (although C tends to dominate there too) and so on. Or just for kicks (which is somewhat masochistic).
在Amiga上,CPU和图形/音频芯片会为了访问特定区域的RAM(具体来说是前2MB的RAM)而争斗。因此,当你只有2MB RAM(或更少)时,显示复杂的图形加上播放声音会杀死CPU的性能。
在汇编程序中,你可以巧妙地交错你的代码,使CPU只在图形/音频芯片内部繁忙时(即当总线空闲时)才尝试访问RAM。因此,通过重新排序指令,巧妙地使用CPU缓存,总线定时,你可以实现一些使用任何高级语言都不可能实现的效果,因为你必须为每个命令定时,甚至在这里或那里插入nop,以使不同的芯片不受彼此的雷达影响。
这也是为什么CPU的NOP (No Operation -什么都不做)指令实际上可以让你的整个应用程序运行得更快的另一个原因。
当然,这种技术取决于特定的硬件设置。这就是为什么许多Amiga游戏无法适应更快的cpu的主要原因:指令的计时错误。
紧密循环,就像处理图像时一样,因为一张图像可能需要数百万像素。坐下来研究一下如何最好地利用有限的处理器寄存器会有很大的不同。下面是一个真实的例子:
http://danbystrom.se/2008/12/22/optimizing-away-ii/
处理器通常有一些深奥的指令,这些指令对于编译器来说太专业了,但有时汇编程序员可以很好地利用它们。以XLAT指令为例。如果您需要在循环中进行表查找,并且表限制在256字节,那么这非常棒!
更新:哦,当我们谈论一般循环时,最关键的是:编译器通常不知道常见情况下会有多少次迭代!只有程序员知道一个循环会被迭代很多次,因此用一些额外的工作来准备循环是有益的,或者如果它迭代的次数太少,以至于设置实际花费的时间比预期的迭代要长。