使用寄存器交換值

Question

我一直在閱讀有關不使用臨時變量而交換變量內容的信息，除了著名的xor算法之外，我還從x86上的匯編中發現了有關XCHG指令的信息。 所以我寫了這段代碼：

void swap(int *left, int *right){
__asm__ __volatile__(
        "movl %0, %%eax;"
        "movl %1, %%ebx;"
        :
        : "r" (*left), "r" (*right)
    );
__asm__ __volatile__(
        "xchg %eax, %ebx;"
            );
__asm__ __volatile__(
        "movl %%eax, %0;"
        "movl %%ebx, %1;"
        : "=r" (*left), "=r" (*right)
    );}

它確實起作用，但是后來我意識到根本不需要XCHG指令。

void swap(int *left, int *right){
__asm__ __volatile__(
        "movl %0, %%eax;"
        "movl %1, %%ebx;"
        :
        : "r" (*left), "r" (*right)
    );
__asm__ __volatile__(
        "movl %%ebx, %0;"
        "movl %%eax, %1;"
        : "=r" (*left), "=r" (*right)
    );}

第二個函數也起作用，但是似乎沒有人提到使用寄存器交換變量，因此此代碼是否被認為是錯誤的，實際上它並不能正常工作？ 我想念什么嗎？

我意識到這僅適用於x86，但是由於大多數人都擁有Intel x86處理器，該代碼可以在任何現實世界的編程中使用嗎？ 我意識到這可能不會比使用臨時變量進行常規交換快得多，但我是從理論上提出問題的。 如果在測試或面試中有人要求我用C編寫一個函數以交換x86機器的值而不使用臨時變量，那么此代碼是否有效或完全是廢話？ 謝謝。

Answer 1

有效，是的。 根據我的標准，您是免費的。

為什么？ 成本。

std :: swap可以很好地完成工作，並且可能足夠快。 您的代碼將具有較高的維護成本。

出於性能原因，肯定有很多時候需要使用匯編程序。
這不是其中的一個。

Answer 2

首先，內聯程序集在很多方面都被破壞了：

• 濫用volatile ，並不意味着您想要什么。
• 您不會告訴編譯器您破壞了寄存器。 （可以解決）
• 編譯器可以自由地在內聯匯編塊之間插入代碼

對於程序員和編譯器而言，內聯匯編都很難正確實現。

另外，內聯匯編可能會經過非常謹慎的修改后進行優化，但是它會以影響優化器功能（寄存器分配，重新排序等）的方式影響編譯器，這通常會導致整體性能下降。 我不反對內聯匯編（或編譯器內部函數），但是它需要非常謹慎的處理，這在大多數情況下都不合理。

Answer 3

std::swap將比此編譯為更有效的asm。

該代碼比編譯器發出的代碼慢，而且損壞。

它會在不通知編譯器的情況下掩蓋EAX和EBX，尤其是在啟用優化的情況下進行編譯時，它很容易失敗，但即使沒有優化也不安全。

請參閱如何編寫簡短的內聯gnu擴展程序集塊以交換兩個整數變量的值？ 例如，一個關於xchg的正確 asm的示例，以及一個更好的版本，它僅使用約束條件以零個asm指令交換C變量，而讓編譯器找出它想要在哪個寄存器中使用哪個C變量asm("" : "=r" (a), "=r" (b) : "1" (a), "0" (b));

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即使您使用具有0條asm語句和正好相反的輸入/輸出約束的內聯asm進行了此操作，您仍然會破壞常量傳播和范圍分析，從而使優化失敗。 https://gcc.gnu.org/wiki/DontUseInlineAsm 。 我之前鏈接的答案的編輯內容包括一個純C交換，它表明常量傳播在那里起作用，但與inline-asm交換都不起作用。

因此，即使正確編寫的這個版本仍然是無用的任何真實世界的用途，但在使用輸入/輸出約束GNU C內聯匯編，以避免運動/例如其他mov在實ASM塊的開始/結束，並盡可能多地交給編譯器。

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如果您做某事，編譯器無法比您個人做得更好，那么Asm只能贏得性能。 （ 用於測試Collat​​z猜想的C ++代碼比手寫匯編要快-為什么？ ）

查看正常功能的編譯器的asm輸出（ 如何從GCC / clang程序集輸出中消除“噪聲”？ ），然后查看

• https://agner.org/optimize/
• 以及在預測現代超標量處理器上的操作延遲方面需要考慮哪些因素，我該如何手動計算它們？

進一步了解有效組裝的要素。