应该在java字节码中可见乘法/位移优化

Question

我一直在读取不需要位移，因为编译器优化会将乘法转换为位移。 比如我应该在Java中按位移2除以？ 并且比Java中的乘法和除法更快地移位？ 。净？

我不是在这里询问性能差异，我可以自己测试一下。 但我认为很奇怪的是，有几个人提到它会“编译成同样的东西”。 这似乎不是真的。 我写了一小段代码。

private static void multi()
{
    int a = 3;
    int b = a * 2;
    System.out.println(b);
}

private static void shift()
{
    int a = 3;
    int b = a << 1L;
    System.out.println(b);
}

这给出了相同的结果，并将其打印出来。

当我查看生成的Java字节码时，会显示以下内容。

private static void multi();
Code:
   0: iconst_3
   1: istore_0
   2: iload_0
   3: iconst_2
   4: imul
   5: istore_1
   6: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   9: iload_1
  10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
  13: return

private static void shift();
Code:
   0: iconst_3
   1: istore_0
   2: iload_0
   3: iconst_1
   4: ishl
   5: istore_1
   6: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   9: iload_1
  10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
  13: return

现在我们可以看到“imul”和“ishl”之间的区别。

我的问题是：显然，在java字节码中看不到口语优化。 我仍然认为优化确实发生了，所以它只是发生在较低的水平吗？ 或者，或者因为它是Java，JVM在遇到imul语句时会以某种方式知道应该将其转换为其他内容。 如果是这样，将非常感谢有关如何处理这些资源的任何资源。

（作为旁注，我并不是要证明需要进行位移。我认为这会降低可读性，至少对于习惯于Java的人来说，C ++可能会有所不同。我只是想看看优化发生的地方）。

Answer 1

标题中的问题听起来与文中的问题略有不同。 引用的声明，即移位和乘法将“编译成相同的东西”是真的。 但它还没有应用于字节码。

通常，Java字节码相当未优化。 还有，在全部完成极少的优化-主要是内联常量。 除此之外，Java字节码只是原始程序的中间表示。 从Java到Java字节码的转换相当“按字面意思”完成。

_{（我认为这是一件好事。字节码仍然非常类似于原始的Java代码。所有可能的细节（特定于平台！）优化都留给虚拟机，这里有更多的选择。}

所有进一步的优化，如算术优化，死代码消除或方法内联，都是由JIT（即时编译器）在运行时完成的。 Just-In-Time编译器还应用了通过位移替换乘法的优化。

由于几个原因，您给出的示例使得显示效果有点困难。 由于内联和调用此方法的一般先决条件， System.out.println包含在方法中的事实往往会使实际的机器代码变大。 但更重要的是，移位1（对应于乘以2）也对应于将值加到自身上。 因此，而不是观察的shl （左移）在对所产生的机器代码汇编指令multi方法，你很可能看到一种变相add在指令multi -和shift法。

然而，这是一个非常实用的例子，它左移8，对应于256的乘法：

class BitShiftOptimization
{
    public static void main(String args[])
    {
        int blackHole = 0;
        for (int i=0; i<1000000; i++)
        {
            blackHole += testMulti(i);
            blackHole += testShift(i);
        }
        System.out.println(blackHole);

    }

    public static int testMulti(int a)
    {
        int b = a * 256;
        return b;
    }

    public static int testShift(int a)
    {
        int b = a << 8L;
        return b;
    }
}

（它接收要作为参数移位的值，以防止它被优化为常量。它多次调用方法，以触发JIT。它返回并从两个方法中收集值以防止方法调用再次，这是非常务实的，但足以显示效果）

在Hotspot Disassembler VM中运行它

java -server -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+TraceClassLoading -XX:+LogCompilation -XX:+PrintInlining -XX:+PrintAssembly BitShiftOptimization

将为testMulti方法生成以下汇编程序代码：

Decoding compiled method 0x000000000286fbd0:
Code:
[Entry Point]
[Verified Entry Point]
[Constants]
  # {method} {0x000000001c0003b0} 'testMulti' '(I)I' in 'BitShiftOptimization'
  # parm0:    rdx       = int
  #           [sp+0x40]  (sp of caller)
  0x000000000286fd20: mov    %eax,-0x6000(%rsp)
  0x000000000286fd27: push   %rbp
  0x000000000286fd28: sub    $0x30,%rsp
  0x000000000286fd2c: movabs $0x1c0005a8,%rax   ;   {metadata(method data for {method} {0x000000001c0003b0} 'testMulti' '(I)I' in 'BitShiftOptimization')}
  0x000000000286fd36: mov    0xdc(%rax),%esi
  0x000000000286fd3c: add    $0x8,%esi
  0x000000000286fd3f: mov    %esi,0xdc(%rax)
  0x000000000286fd45: movabs $0x1c0003a8,%rax   ;   {metadata({method} {0x000000001c0003b0} 'testMulti' '(I)I' in 'BitShiftOptimization')}
  0x000000000286fd4f: and    $0x1ff8,%esi
  0x000000000286fd55: cmp    $0x0,%esi
  0x000000000286fd58: je     0x000000000286fd70  ;*iload_0
                        ; - BitShiftOptimization::testMulti@0 (line 17)

  0x000000000286fd5e: shl    $0x8,%edx
  0x000000000286fd61: mov    %rdx,%rax
  0x000000000286fd64: add    $0x30,%rsp
  0x000000000286fd68: pop    %rbp
  0x000000000286fd69: test   %eax,-0x273fc6f(%rip)        # 0x0000000000130100
                        ;   {poll_return}
  0x000000000286fd6f: retq   
  0x000000000286fd70: mov    %rax,0x8(%rsp)
  0x000000000286fd75: movq   $0xffffffffffffffff,(%rsp)
  0x000000000286fd7d: callq  0x000000000285f160  ; OopMap{off=98}
                        ;*synchronization entry
                        ; - BitShiftOptimization::testMulti@-1 (line 17)
                        ;   {runtime_call}
  0x000000000286fd82: jmp    0x000000000286fd5e
  0x000000000286fd84: nop
  0x000000000286fd85: nop
  0x000000000286fd86: mov    0x2a8(%r15),%rax
  0x000000000286fd8d: movabs $0x0,%r10
  0x000000000286fd97: mov    %r10,0x2a8(%r15)
  0x000000000286fd9e: movabs $0x0,%r10
  0x000000000286fda8: mov    %r10,0x2b0(%r15)
  0x000000000286fdaf: add    $0x30,%rsp
  0x000000000286fdb3: pop    %rbp
  0x000000000286fdb4: jmpq   0x0000000002859420  ;   {runtime_call}
  0x000000000286fdb9: hlt    
  0x000000000286fdba: hlt    
  0x000000000286fdbb: hlt    
  0x000000000286fdbc: hlt    
  0x000000000286fdbd: hlt    
  0x000000000286fdbe: hlt    

（ testShift方法的代码具有相同的指令）。

这里的相关行是

  0x000000000286fd5e: shl    $0x8,%edx

这对应于左移8。