Программирование для Linux. Профессиональный подход

Если есть несколько однотипных операндов, то они разделяются запятыми, как показано в секции входных операндов. Всего можно задавать до десяти операндов, адресуемых как %0, %1, … %9. Если выходные операнды отсутствуют, но есть входные операнды или модифицируемые регистры, то вторую секцию следует оставить пустой или пометить ее комментарием наподобие /* нет выходных данных */.

9.3.3. Входные операнды

В третьей секции задаются входные операнды. Строка адресации такого операнда не должна содержать знака равенства, в остальном синтаксис совпадает с синтаксисом выходных операндов.

Если требуется указать, что в одной инструкции осуществляется как чтение регистра, так и запись в него, необходимо в строке адресации входного операнда поставить номер выходного операнда. Например, если входной регистр должен быть тем же, что и регистр первого выходного операнда, назначьте ему номер 0. Выходные операнды нумеруются слева направо, начиная с нуля. Если просто указать одинаковое C-выражение для входного и выходного операндов, то это еще не означает, что оба значения будут помещены в один и тот же регистр.

Данную секцию можно пропустить, если входные операнды отсутствуют и следующая секция модифицируемых регистров пуста.

9.3.4. Модифицируемые регистры

Если в качестве побочного эффекта инструкция модифицирует значение одного или нескольких регистров, в функции asm должна присутствовать четвертая секция. Например, инструкция fucomip меняет регистр кода завершения, обозначаемый как cc. Строки, представляющие затираемые регистры, разделяются запятыми. Если инструкция способна изменить произвольную ячейку памяти, в этой секции должно стоять ключевое слово memory. На основании этой информации компилятор определяет, какие значения должны быть загружены повторно после завершения функции asm. При отсутствии данной секции компилятор может сделать неверное предположение о том, что регистры содержат прежние значения, и это скажется на работе программы.

9.4. Пример

В архитектуре x86 есть инструкции, определяющие позицию старшего и младшего значащих битов в слове. Процессор выполняет эти инструкции очень быстро. С другой стороны, чтобы сделать то же самое на языке С, потребуется написать цикл с операциями побитового сдвига.

Инструкция bsrl вычисляет местоположение старшего значащего бита в первом операнде и записывает результат (номер позиции начиная с нуля) во второй операнд. Например, следующая команда анализирует переменную number и помещает результат в переменную position:

asm("bsrl %1, %0" : "=r" (position) : "r" (number)};

Ей соответствует такой фрагмент на языке С:

long i;
for (i = (number >> 1), position = 0; i != 0; ++position)
 i >>= 1;

Чтобы сравнить скорость выполнения двух фрагментов, мы поместили их в цикл, где перебирается большое количество чисел. В листинге 9.1 приведена реализация на языке С. Программа перебирает значения от единицы до числа, указанного в командной строке. Для каждого значения переменной number вычисляется позиция старшего значащего бита. В листинге 9.2 показано, как сделать то же самое с помощью ассемблерной вставки. Обратите внимание на то, что в обоих случаях результат вычислений заносится в переменную result, объявленную со спецификатором volatile. Это необходимо для подавления оптимизации со стороны компилятора, который удалит весь блок вычислений, если их результаты не используются или не заносятся в память.

Листинг 9.1. (bit-pos-loop.c) Нахождение позиции старшего значащего бита в цикле

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
 long max = atoi(argv[1]);
 long number;
 long i;
 unsigned position;
 volatile unsigned result;

/* Повторяем вычисления для большого количества чисел. */
 for (number = 1; number <= max; ++number) {
 /* Сдвигаем число вправо, пока результат не станет
 равным нулю.
 Запоминаем количество операций сдвига. */
 for (i = (number >> 1), position = 0; i != 0; ++position)
 i >>= 1;
 /* Позиция старшего значащего бита — это общее число
 операций сдвига, кроме первой. */
 result = position;
 }
 return 0;
}

Листинг 9.2. (bit-pos-asm.c) Нахождение позиции старшего значащего бита с помощью инструкции bsrl

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
 long max = atoi(argv[1]);
 long number;
 unsigned position;
 volatile unsigned result;

 /* Повторяем вычисления для большого количества чисел. */
 for (number = 1; number <= max; ++number) {
 /* Вычисляем позицию старшего значащего бита с помощью
 ассемблерной инструкции bsrl. */
 asm("bsrl %1, %0" : "=r" (position) : "r" (number));
 result = position;
 }
 return 0;
}

Скомпилируем обе версии программы в режиме полной оптимизации:

% cc -O2 -о bit-pos-loop bit-pos-loop.c
% cc -O2 -о bit-pos-asm bit-pos-asm.c

Теперь запустим их с помощью команды time, которая замеряет время выполнения. В командной строке каждой программы указано большое значение, чтобы программа выполнялась хотя бы несколько секунд.

% time ./bit-pos-loop 250000000
19.51user 0.00system 0:20.40elapsed 95%CPU (0avgtext+0avgdata
0maxresident)k0inputs+0outputs (73major+11minor)pagefaults 0swaps
% time ./bit-pos-asm 250000000
3.19user 0.00system 0:03.32elapsed 95%CPU (0avgtext+0avgdata
0maxresident)k0inputs+0outputs (73major+11minor)pagefaults 0swaps

Приведенные результаты могут немного меняться в зависимости от загруженности системы, но хорошо видно, что ассемблерная версия выполняется гораздо быстрее.