Ассемблер для процессоров Intel Pentium
Шрифт:
Рассмотрим еще один пример. Пусть требуется найти модуль (абсолютное значение) числа. Используя обычную команду условного перехода jge, можно сделать это с помощью следующего программного кода:
Как видно из исходного текста, после команды стр программный код разветвляется. Этого можно легко избежать, если использовать команду cmovl. Более быстродействующий код выглядит так:
В нашем последнем примере представлен окончательный вариант процедуры find num, в которой используются команды set CC и cmovCC (листинг 5.8).
Ранее мы уже достаточно подробно анализировали
Более-менее сложная программа, помимо условных и безусловных переходов, может содержать один или несколько вычислительных циклов. Вычисления или другие операции, выполняющиеся циклически, могут повторяться от нескольких десятков до сотен миллионов раз, создавая ощутимую нагрузку на память и процессор. Правильная организация циклов помогает не только повысить производительность программы в целом, но и снизить потребление ресурсов. Сейчас мы проанализируем, каким образом можно повысить производительность программы или процедуры на ассемблере за счет оптимизации циклических вычислений.
Листинг 5.8. Поиск элемента массива, находящегося в диапазоне 50-100 (окончательный вариант)
Вначале остановимся на теоретическом аспекте проблемы. В наиболее общем виде цикл представляет собой последовательность команд, начинающихся с определенной метки и возвращающихся на нее после выполнения этой последовательности. В псевдокодах ассемблера цикл можно представить так:
Например, следующая последовательность команд представляет собой простой цикл:
В этом цикле выполняется увеличение содержимого регистра ЕВХ от 0 до 100 000, и при достижении этого значения передается управление на метку exit.
Проанализируем этот фрагмент кода с точки зрения быстродействия. Его нельзя назвать оптимальным, поскольку для анализа условия выхода из цикла и самого выхода из цикла используется несколько команд переходов. Для цикла с фиксированным числом итераций проблему оптимизации решить несложно, как показано в следующем фрагменте кода:
Как видно из этого листинга, значение счетчика цикла помещается в регистр EDX. Этот фрагмент более эффективен, чем предыдущий. Команда декремента устанавливает флаг ZF, когда счетчик становится равным 0, что приводит к выходу из цикла, иначе цикл продолжается. Этот фрагмент кода требует меньшего количества команд и будет выполняться быстрее.
Еще один способ повышения быстродействия циклических вычислений состоит в том, чтобы по возможности избавиться от ветвлений и условных переходов внутри самого цикла. Рассмотрим пример (листинг 5.9). Пусть в массиве целых чисел необходимо заменить все отрицательные числа нулями. Это можно сделать
с помощью 32-разрядной процедуры на ассемблере (назовем ее setO).Листинг 5.9. Замена отрицательных элементов массива целых чисел нулевыми значениями
В этой процедуре выполняется основной цикл, операторы которого находятся между меткой next и инструкцией jnz next и образуют тело цикла. В теле цикла присутствует команда jge nochange, выполняющая ветвление в зависимости от результата сравнения. Подобные изменения в последовательности выполнения отрицательно сказываются на быстродействии, поэтому попробуем избавиться от лишнего перехода. Сделать это можно с помощью команды setge. Посмотрим, как будет выглядеть модифицированный вариант процедуры (листинг 5.10).
Листинг 5.10. Модифицированный вариант листинга 5.9, в котором используется команда setge
Хочу отметить, что даже хорошо оптимизированный цикл иногда не работает так быстро, как ожидает разработчик. Для дальнейшего повышения эффективности прибегают к так называемому разворачиванию (unrolling) цикла. Этот термин означает на самом деле, что цикл должен выполнять больше действий в одной итерации для уменьшения количества итераций. Это дает неплохой эффект, и сейчас мы рассмотрим два фрагмента программного кода, в которых имеет место разворачивание циклов.
В качестве исходного (неоптимизированного) фрагмента кода возьмем, например, копирование данных размером в двойное слово из одного буфера памяти (обозначим его как src) в другой (dst). Исходный текст представлен в листинге 5.11.
Листинг 5.11. Копирование двойных слов без оптимизации
Для разворачивания цикла выполним одновременно копирование двух двойных слов. Исходный текст оптимизированного фрагмента кода показан в листинге 5.12 (изменения выделены жирным шрифтом).
Листинг 5.12. Модифицированный код листинга 5.11
Разворачивание позволяет наполовину скомпенсировать снижение производительности программы, в которой используется такой цикл. Если оперировать не двумя, а четырьмя двойными словами, то можно развернуть цикл далее.
Приведу еще один пример разворачивания циклов. Пусть имеется массив из 10 целых чисел и требуется присвоить элементам массива с четными номерами значение 0, а элементам с нечетными номерами значение 1. Если особо не задумываться над качеством программы, то можно быстро написать фрагмент программного кода, представленный в листинге 5.13.
Листинг 5.13. Обработка четных и нечетных элементов целочисленного массива
Данный фрагмент программного кода можно оптимизировать, если обрабатывать в каждой итерации два двойных слова вместо одного. Модифицируем предыдущий пример, поместив программный код в процедуру unrl. Исходный текст измененной программы показан в листинге 5.14.
Листинг 5.14. Модифицированный код листинга 5.13 с разворачиванием цикла
Как видите, исходный текст этого фрагмента кода претерпел существенные изменения по сравнению с предыдущим примером. Программа стала более компактной; повысилась ее производительность, поскольку мы избавились от команд деления и одновременно уменьшили число итераций в два раза.