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。


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http://cr.yp.to/qhasm.html有很多例子。

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答案很简单……一个非常了解汇编的人(也就是他身边有参考资料,并利用每一个小处理器缓存和管道特性等)保证能够产生比任何编译器更快的代码。

然而,如今在典型的应用程序中,这种差异并不重要。

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。

几乎任何时候编译器看到浮点代码,如果你使用的是旧的糟糕的编译器,手写的版本会更快。(2019年更新:对于现代编译器来说,这并不普遍。特别是在编译x87以外的东西时;编译器更容易使用SSE2或AVX进行标量数学运算,或任何具有平面FP寄存器集的非x86,不像x87的寄存器堆栈。)

主要原因是编译器不能执行任何健壮的优化。关于这个主题的讨论,请参阅来自MSDN的这篇文章。下面是一个例子,其中汇编版本的速度是C版本的两倍(用VS2K5编译):

#include "stdafx.h"
#include <windows.h>

float KahanSum(const float *data, int n)
{
   float sum = 0.0f, C = 0.0f, Y, T;

   for (int i = 0 ; i < n ; ++i) {
      Y = *data++ - C;
      T = sum + Y;
      C = T - sum - Y;
      sum = T;
   }

   return sum;
}

float AsmSum(const float *data, int n)
{
  float result = 0.0f;

  _asm
  {
    mov esi,data
    mov ecx,n
    fldz
    fldz
l1:
    fsubr [esi]
    add esi,4
    fld st(0)
    fadd st(0),st(2)
    fld st(0)
    fsub st(0),st(3)
    fsub st(0),st(2)
    fstp st(2)
    fstp st(2)
    loop l1
    fstp result
    fstp result
  }

  return result;
}

int main (int, char **)
{
  int count = 1000000;

  float *source = new float [count];

  for (int i = 0 ; i < count ; ++i) {
    source [i] = static_cast <float> (rand ()) / static_cast <float> (RAND_MAX);
  }

  LARGE_INTEGER start, mid, end;

  float sum1 = 0.0f, sum2 = 0.0f;

  QueryPerformanceCounter (&start);

  sum1 = KahanSum (source, count);

  QueryPerformanceCounter (&mid);

  sum2 = AsmSum (source, count);

  QueryPerformanceCounter (&end);

  cout << "  C code: " << sum1 << " in " << (mid.QuadPart - start.QuadPart) << endl;
  cout << "asm code: " << sum2 << " in " << (end.QuadPart - mid.QuadPart) << endl;

  return 0;
}

和一些数字从我的PC运行默认版本*:

  C code: 500137 in 103884668
asm code: 500137 in 52129147

出于兴趣,我用dec/jnz交换了循环,它对计时没有影响——有时更快,有时更慢。我想内存有限的方面使其他优化相形见绌。(编者注:更可能的情况是,FP延迟瓶颈足以隐藏循环的额外成本。对奇数/偶数元素并行进行两个Kahan求和,并在最后添加它们,可能会加快2倍的速度。)

哎呀,我正在运行一个稍微不同的代码版本,它输出的数字是错误的(即C更快!)修正并更新了结果。

使用SIMD指令的矩阵操作可能比编译器生成的代码更快。

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。