應該在java字節碼中可見乘法/位移優化

Question

我一直在讀取不需要位移，因為編譯器優化會將乘法轉換為位移。 比如我應該在Java中按位移2除以？ 並且比Java中的乘法和除法更快地移位？ 。凈？

我不是在這里詢問性能差異，我可以自己測試一下。 但我認為很奇怪的是，有幾個人提到它會“編譯成同樣的東西”。 這似乎不是真的。 我寫了一小段代碼。

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);
}

這給出了相同的結果，並將其打印出來。

當我查看生成的Java字節碼時，會顯示以下內容。

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

現在我們可以看到“imul”和“ishl”之間的區別。

我的問題是：顯然，在java字節碼中看不到口語優化。 我仍然認為優化確實發生了，所以它只是發生在較低的水平嗎？ 或者，或者因為它是Java，JVM在遇到imul語句時會以某種方式知道應該將其轉換為其他內容。 如果是這樣，將非常感謝有關如何處理這些資源的任何資源。

（作為旁注，我並不是要證明需要進行位移。我認為這會降低可讀性，至少對於習慣於Java的人來說，C ++可能會有所不同。我只是想看看優化發生的地方）。

Answer 1

標題中的問題聽起來與文中的問題略有不同。 引用的聲明，即移位和乘法將“編譯成相同的東西”是真的。 但它還沒有應用於字節碼。

通常，Java字節碼相當未優化。 還有，在全部完成極少的優化-主要是內聯常量。 除此之外，Java字節碼只是原始程序的中間表示。 從Java到Java字節碼的轉換相當“按字面意思”完成。

_{（我認為這是一件好事。字節碼仍然非常類似於原始的Java代碼。所有可能的細節（特定於平台！）優化都留給虛擬機，這里有更多的選擇。}

所有進一步的優化，如算術優化，死代碼消除或方法內聯，都是由JIT（即時編譯器）在運行時完成的。 Just-In-Time編譯器還應用了通過位移替換乘法的優化。

由於幾個原因，您給出的示例使得顯示效果有點困難。 由於內聯和調用此方法的一般先決條件， System.out.println包含在方法中的事實往往會使實際的機器代碼變大。 但更重要的是，移位1（對應於乘以2）也對應於將值加到自身上。 因此，而不是觀察的shl （左移）在對所產生的機器代碼匯編指令multi方法，你很可能看到一種變相add在指令multi -和shift法。

然而，這是一個非常實用的例子，它左移8，對應於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;
    }
}

（它接收要作為參數移位的值，以防止它被優化為常量。它多次調用方法，以觸發JIT。它返回並從兩個方法中收集值以防止方法調用再次，這是非常務實的，但足以顯示效果）

在Hotspot Disassembler VM中運行它

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

將為testMulti方法生成以下匯編程序代碼：

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方法的代碼具有相同的指令）。

這里的相關行是

  0x000000000286fd5e: shl    $0x8,%edx

這對應於左移8。