如果（！boolvar）{...在1个asm指令中可以做什么？

Question

这个问题更多的是出于好奇而非必要性：

是否有可能重写c代码if ( !boolvar ) { ...以某种方式编译为1 cpu指令？

我试过在理论层面考虑这个问题，这就是我想出的：

if ( !boolvar ) { ...

需要首先否定变量然后根据 - > 2指令（否定+分支）进行分支

if ( boolvar == false ) { ...

需要将false的值加载到寄存器中，然后根据 - > 2指令（加载+分支）进行分支

if ( boolvar != true ) { ...

需要将true的值加载到寄存器然后分支（“branch-if-not-equal”），具体取决于 - > 2条指令（load +“branch-if-not-equal”）

我的假设错了吗？ 我有什么东西可以俯瞰吗？

我知道我可以生成程序的中间asm版本，但我不知道如何以某种方式使用它，所以我可以一方面打开编译器优化，同时没有一个空的if语句优化掉（或者有if语句与其内容一起优化，给出一些非通用的答案）

PS：当然我也搜索谷歌和SO这个，但有这么短的搜索条件我真的找不到任何有用的东西

PPS：我对一个语义上等效的版本没问题，这个版本不是语法等价的，例如不使用if 。

---

编辑：如果我对发出的asm指令的假设是错误的，请随时纠正我。

---

编辑2：我实际上已经学习了大约15年前，并在大约5年前重新学习了alpha架构，但我希望我的问题仍然足够明确，以弄清楚我在问什么。 此外，如果它有助于找到一个好的答案，你可以自由地假设消费者cpus中常见的任何类型的处理器扩展，直到AVX2（截至撰写本文时的当前haswell cpu）。

Answer 1

在我的帖子结束时，它将说明为什么你不应该针对这种行为（在x86上）。

正如Jerry Coffin所写，x86中的大多数跳转都取决于标志寄存器。

但有一个例外：如果ecx / rcx寄存器为零，则跳转的j*cxz指令集。 为此，您需要确保您的boolvar使用ecx寄存器。 您可以通过专门将其分配给该寄存器来实现

register int boolvar asm ("ecx");

但到目前为止，并非所有编译器都使用j*cxz指令集。 icc有一个标志可以做到这一点，但通常不建议这样做。 英特尔手册说明了两条指令

test ecx, ecx
jz ...

在处理器上更快。

这样做的原因是x86是CISC（复杂）指令集。 在实际的硬件中，虽然处理器会将在asm中作为一条指令出现的复杂指令拆分成多个微指令，然后以RISC方式执行。 这就是为什么并非所有指令都需要相同的执行时间的原因，有时多个小指令比一个指令要快。

test和jz是单个微指令，但是jecxz将被分解为那两个。

存在j*cxz指令集的唯一原因是，如果要在不修改标志寄存器的情况下进行条件跳转。

Answer 2

是的，这是可能的 - 但这样做取决于此代码发生的上下文。

x86中的条件分支取决于标志寄存器中的值。 为了编译为单个指令，其他一些代码将需要设置正确的标志，所以剩下的就是像jnz wherever一样的单指令。

例如：

boolvar = x == y;
if (!boolvar) {
    do_something();
}

......可能会最终呈现为：

    mov eax, x
    cmp eax, y    ; `boolvar = x == y;`
    jz @f
    call do_something
@@:

根据您的观点，它甚至可以编译为仅指令的一部分。 例如，可以“预测”相当多的指令，因此只有在某些先前定义的条件为真时才执行它们。 在这种情况下，您可能有一条指令用于将“boolvar”设置为正确的值，后跟一条有条件地调用函数，因此没有一条（完整）指令对应于if语句本身。

虽然你不太可能在体面的C语言中看到它，但是单个汇编语言指令可能包括更多。 举一个明显的例子，考虑如下：

    x = 10;
looptop:
    -- x;
    boolvar = x == 0;
    if (!boolvar)
        goto looptop;

整个序列可以编译成类似于：

    mov ecx, 10
looptop:
    loop looptop

Answer 3

我的假设是错的

你有几个假设是错误的。 首先你应该知道1条指令不一定比多条指令快。 例如，在较新的μarchs中， test可以与jcc进行宏融合，因此2个指令将作为一个运行。 或者划分是如此之慢，以至于可能已经完成了数十或数百个更简单的指令。 如果if块比多条指令慢，那么将if块编译为单条指令是不值得的

此外， if ( !boolvar ) { ...不需要首先否定变量然后根据它进行分支 。 x86中的大多数跳转都基于标志，它们同时具有yes和no条件，因此不需要否定该值。 我们可以简单地跳到非零而不是跳零

类似地， if ( boolvar == false ) { ...不需要将false值加载到寄存器中，然后根据该值进行分支 。 false是一个等于0的常量，可以作为立即数嵌入到指令中（如cmp reg, 0 ）。 但是为了检查零，那么只需要一个简单的test reg, reg就足够了。 然后jnz或jz将用于跳转零/非零，这将与之前的test指令融合为一

可以创建一个编译为单个指令的if标头或主体，但它完全取决于您需要执行的操作以及使用的条件。 因为boolvar的标志可能已经可以从前一个语句中获得，所以下一行中的if块可以像Jerry Coffin的答案一样直接跳转

另外86具有有条件的移动，因此，如果内if是一个简单的赋值那么它可能在1个指令来完成。 下面是一个示例及其输出

int f(bool condition, int x, int y)
{
    int ret = x;
    if (!condition)
        ret = y;
    return ret;
}

f(bool, int, int):
        test    dil, dil ; if(!condition)
        mov     eax, edx ; ret = y
        cmovne  eax, esi ; if(condition) ret = x
        ret

在其他一些情况下，您甚至不需要有条件的移动或跳跃。 例如

bool f(bool condition)
{
    bool ret = false;
    if (!condition)
        ret = true;
    return ret;
}

编译为单个xor而没有任何跳转

f(bool):
        mov     eax, edi
        xor     eax, 1
        ret

---

ARM体系结构（v7及更低版本）可以将任何指令作为条件运行，因此可以只转换为一条指令

例如以下循环

while (i != j)
{
   if (i > j)
   {
       i -= j;
   }
   else
   {
       j -= i;
   }
}

可以转换为ARM程序集

loop:   CMP  Ri, Rj         ; set condition "NE" if (i != j),
                            ;               "GT" if (i > j),
                            ;            or "LT" if (i < j)
        SUBGT  Ri, Ri, Rj   ; if "GT" (Greater Than), i = i-j;
        SUBLT  Rj, Rj, Ri   ; if "LT" (Less Than), j = j-i;
        BNE  loop           ; if "NE" (Not Equal), then loop