アセンブラを使用して、Cをより深く理解します。 パート3

3番目の記事では、条件の分析を続けます。 前回は、最適化されたif-elseバージョンを検討しませんでした。



おそらく、このために、たとえばコンパイラがここにある理由など、公正な疑問が生じました。

int x = 10; scanf("%i", &x); int c = 0; if (x < 4) {     c = 3; } else {     c = 2; } return c;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

1つではなく、2つの遷移を持つ生成コード。



確かに、ここで私たち自身が少し奇妙なコードを書いたのは、明らかに、このように書かれていたかもしれないからです：

 int x = 10; scanf("%i", &x); int c = 2; if (x < 4) {    c = 3; } return c;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

コンパイラではなく、なぜ他に必要なのかをプログラマに尋ねるべきです。 しかし、最初のオプションの最適化されたバージョンを見ると、コンパイラがそれほど愚かではないことがわかります。

  sub esp, 12 mov dword ptr [esp + 8], 10 sub esp, 8 lea eax, [esp + 16] push eax push .L.str call scanf add esp, 16 xor eax, eax ;   eax cmp dword ptr [esp + 8], 4 ;     4 setl al ;   ,   al  1 or eax, 2 ;    2 add esp, 12 ret .L.str: .asciz "%i"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

遷移がまったくないことに注意してください。 そして、clangが私たちの状態を理解する方法をすでに見ました。 2番目のオプションでは、まったく同じ最適化されたコードが生成されます。



これを思い出してみましょう：

 int main(void) { int a = -1; scanf("%i", &a); if (a++ < 0 || a++ > 5) { a++; } else { a+=2; } return a; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

前回は少し怖かったですか？ 最適化されたバージョンは、コードの量とラベルの数をわずかに削減できます（scanfはスキップします）。

  mov ecx, dword ptr [esp + 8] lea eax, [ecx + 1] test ecx, ecx mov dword ptr [esp + 8], eax js .LBB0_2 lea eax, [ecx + 2] cmp ecx, 5 mov dword ptr [esp + 8], eax jl .LBB0_3 .LBB0_2: inc eax add esp, 12 ret .LBB0_3: add ecx, 4 mov eax, ecx add esp, 12 ret
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ラベル.LBB0_2までは、コードは条件自体に対応しています。 最適化されたバージョンでは、ロジックは「第2オペランド」または「第1オペランドがtrueの場合は計算されない」に違反しないことに注意してください。 まあ、それでも、彼女は壊れていました...



ただし、最適化されていないバージョンとは大きな違いがあります。 誰もが何が起こっているのか理解できるようにコードを見ていきましょう。



最初の行で、ecxは変数「a」の値を取得します。

eaxの2行目は+ 1を取得します

次はゼロとの比較です。これにより、数値が負の場合、js命令は数値2のラベルに移動します。

4行目では、変数 "a"はeaxから+ 1を取得します。



最適化されていないバージョンでは、変数の値を再度取得してeaxに入れましたが、今は古い値を取得し、まだecxにあります。 次に、+ 2を実行してeaxで保存します。



そして、インクリメントの前の数値を5と比較します。これにより、jl命令は、値が小さい場合に3番目のラベルにジャンプし、条件に該当しません。



「clangは、最適化されたバージョンと最適化されていないバージョンのプログラムで2つの異なる結果を生成しますか？」



いいえ、問題は、else inが5以下で発生し、以下では発生しないことです。 コンパイラーは、変数が5の場合の疑わしい結果を考慮して、条件を作成しました。 その結果、追加のメモリアクセスを節約しました。



最適化されたバージョン：

5> = 5 => 5 + 3

最適化されていない

7> 5 => 7 + 1



それ以外の場合、最適化されたバージョンでは、結果に4を追加してeaxにドロップするだけです。 これらは奇跡です。



最適化されていないバージョンのgccと最適化されたclangを比較するのはなぜですか？ まあ、gccは同じことをしますが、あまりきれいではありません。 また、clangでは、コードは一貫してコンパクトに見えます。



VS2015のコンパイラは、完全な最適化で1つのマークしか残していないことに注意してください。

  mov eax, DWORD PTR _a$[ebp] ;a → eax add esp, 8 mov ecx, eax inc eax test ecx, ecx js SHORT $LN4@main ; if (a<0) mov ecx, eax inc eax cmp ecx, 5 jg SHORT $LN4@main ; if (a>5) add eax, 2 ;else a+=2 ... $LN4@main: ... inc eax ;a++ in if ...
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

間にあるのは私たちのものには当てはまらないコードなので、削除しました。 ご覧のとおり、条件は他をスキップするように設計されているため、ラベルは1つだけです。 しかし、コードを後から追加する価値があり、2つのラベルもあります。 この場合、最初に1つの値を割り当てるという事実により、コードは最適化されていないバージョンに似ていますが、条件が満たされると、値は上書きされます。

スイッチ

さて、switchステートメントはどうですか？ ifsのバッテリーがこの「美しい」演算子とどのように異なるか。 次のコードの例を見てみましょう。

 char c = getchar(); int a; if (c == 'q') { a = 0; } else if (c == 'w') { a = 1; } else if (c == 'e') { a = 2; } else { a = 4; } return a;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

およびその代替：

 char c = getchar(); int a; switch(c) { case 'q': a = 0; break; case 'w': a = 1; break; case 'e': a = 2; break; default: a = 4; } return a;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

最適化されていないバージョンについては詳細に検討しません。 違いがあるとしても、それが最小限であることは誰もが理解していると思います。 しかし、最終的にさらに多くのコードが生成されるのはスイッチ用であることは面白いです（gcc 7.2）：

 movsx eax, BYTE PTR [ebp-13] ;            cmp eax, 113 je .L3 cmp eax, 119 je .L4 cmp eax, 101 je .L5 jmp .L8
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ifの場合、すでにコードを提示する必要があります：比較-アクション-遷移。 そして、ここでは、アクションが後まで延期されることがわかります。



スイッチ用のgccの最適化されたバージョンでは、コードは短くなりますが、clangでは違いはまったくありません。 それでは、gccのスイッチのみを見てみましょう。 しかし、最初に、このコードのスイッチを完全に削除する方法を考えてください。



だから、あなたが思いついたら、スポイラーを開いて見てください：





0（ 'e'）の場合、結果は2になります

12（ 'q'）の場合、結果は0になります。

18（ 'w'）の場合、結果は1になります

それ以外の場合は、4になります。



私たちは人生から非常に離婚した例がありますが、それはありそうにないので、一般的に誰かがスイッチを使用しました。 何らかのアクションが起こっている場合はどうでしょうか？ 驚くかもしれませんが、全体的には何も変わっていません。 この例を考えてみましょう：

 #include <stdio.h> #include <math.h> int main(void) { start:    char c = getchar();       switch (c)    {    case 'T':    case 't': printf("Talk\n"); break;    case 'W':    case 'w': printf("%f\n", sin(0)); break;    case 'Q':    case 'q': return 0;    default:        printf("wrong command\n");    }    goto start;   }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

コードがたくさんあるので、主なことに集中してください。 これで、eaxで数値を移動する代わりに、特定のラベルに移行します。 しかし、アイデア自体は変わりません。

おわりに

ようやく条件に対処したようです。 誰かがスイッチについて疑っていた場合、今ではあなたはそれを恐れることはできません。 次の記事では、サイクルについて説明します。



前の記事