為什么<慢於<=？ [C]

Question

自然地，我假設<和<=運算符以相同的速度運行（ 根據Jonathon Reinhart的邏輯，在此處 ）。 最近，我決定測試該假設，結果令我有些驚訝。

我知道，對於大多數現代硬件而言，這個問題純粹是學術性的，因此必須編寫循環大約10億次的測試程序（以獲取任何微小的差異，以達到更可接受的水平）。 這些程序盡可能基本（以消除所有可能的干擾源）。

lt.c：

int main() {
    for (int i = 0; i < 1000000001; i++);

    return 0;
}

le.c：

int main() {
    for (int i = 0; i <= 1000000000; i++);

    return 0;
}

使用帶有-std = c11標志的GCC，可以編譯它們並在Linux VirtualBox 3.19.0-18-通用＃18-Ubuntu x86_64安裝上運行。

lt.c的二進制文件的平均時間為：

real    0m2.404s
user    0m2.389s
sys 0m0.000s

le.c的平均時間為：

real    0m2.397s
user    0m2.384s
sys 0m0.000s

差別很小，但是無論我運行二進制文件多少次，我都無法消除它或反轉它。

• 我在lt.c的for循環中使比較值比le.c大一圈（因此它們都循環了相同的次數）。 這是一個錯誤嗎？
• 根據<是比<=快嗎？ ， <編譯為jge和<=編譯為jg 。 那是在處理if語句而不是for循環，但這是否仍是原因？ jge的執行時間可能比jg時間長一點嗎？ （我認為這是具有諷刺意味的，因為這意味着從C轉換為ASM會反轉這是更復雜的指令，C中的lt轉換為ASM中的gte，而lte轉換為gt。
• 或者，這是否僅僅是硬件專用的，以致於不同的x86系列產品或單個芯片可能始終顯示出相反的趨勢，相同的趨勢或沒有差異？

Answer 1

在對我的問題的評論中有一些請求，要求包括GCC為我生成的程序集。 在進入編譯器彈出每個文件的程序集版本之后，我檢查了一下。

結果：
事實證明，默認優化設置將兩個for循環都轉換為同一程序集。 實際上，兩個文件在組裝形式上都是相同的。 （ diff確認了這一點。）

先前觀察到的時差的可能原因：
看來我運行二進制文件的順序是造成運行時間差異的原因。

• 在給定的運行時間中，程序通常在每次連續執行時都更快地執行，大約執行3次后才達到穩定。
• 我在time ./lt和time ./le之間來回time ./le ，因此第一次跑步會偏向平均時間。
• 我通常先跑。
• 我做了幾個單獨的演練（增加了平均偏差）。

代碼摘錄：

        movl    $0, -4(%rbp)
        jmp     .L2
.L3:
        addl    $1, -4($rbp)
.L2
        cmpl    $1000000000, -4(%rbp)
        jle     .L3
        mol     $0, %eax
        pop     %rbp

* *遮住臉* ...繼續...

Answer 2

讓我們在組裝中講話。 （當然取決於架構）比較時，您將使用cmp或測試指令，然后-當您使用<時，等於指令將是jl，它檢查SF和OF是否不相同（一些特殊的標志，稱為符號和溢出） -當您使用<=時，相等指令是jle，它不僅檢查SF！= OF，而且檢查ZF == 1（零標志）等等， 這里更多，但老實說，它甚至不是整個循環，所以...在正常情況下差異是無法測量的