如何解决为什么clang和GCC不使用xchg来实现std :: swap? XCHG-与寄存器交换寄存器/存储器
我有以下代码:
char swap(char reg,char* mem) {
std::swap(reg,*mem);
return reg;
}
我希望这可以编译为:
swap(char,char*):
xchg dil,byte ptr [rsi]
mov al,dil
ret
但是它实际编译的是(在-O3 -march=haswell -std=c++20
上):
swap(char,char*):
mov al,byte ptr [rsi]
mov byte ptr [rsi],dil
ret
根据xchg
的文档,第一种形式应该完全可行:
XCHG-与寄存器交换寄存器/存储器
交换目标(第一)和源(第二)操作数的内容。操作数可以是两个通用寄存器,也可以是一个寄存器和一个存储位置。
那么,有什么特殊原因导致编译器无法在此处使用xchg
吗?我也尝试了其他示例,例如交换指针,交换三个操作数,交换char
以外的类型,但是我在编译输出中从未得到xchg
。怎么会来?
解决方法
TL:DR:因为编译器针对速度进行了优化,而不是针对听起来相似的名称进行了优化。他们也可以采用其他许多可怕的方法来实现它,但选择不这样做。
带有内存的xchg具有隐式lock
前缀(在386及更高版本上),因此它的运行速度非常慢。除非您需要进行原子交换,或者您完全想要优化代码大小而根本不关心 以获得性能,否则您总是要避免它,如果您确实想要结果与原始值在同一寄存器中。有时在幼稚(性能不佳)手写气泡中看到,这是交换2个内存位置的一部分。
可能clang -Oz
可能会发疯,IDK,但希望在这种情况下不会,因为您的xchg方式是更大的代码大小,两个指令都需要REX前缀才能访问DIL,而2-mov方式是2字节和3字节指令。 clang -Oz
确实做了push 1
/ pop rax
之类的事情,而不是mov eax,1
来节省2个字节的代码大小。
GCC -Os
不会使用xchg
进行不需要原子交换的交换,因为-Os
仍然在乎速度。
此外,IDK为什么您会认为xchg +依赖mov比两个可以并行运行的独立mov
指令更快或更更好的选择。 (不管哪个uop首先找到其执行端口,存储缓冲区都确保在加载后正确排序存储。)
参见https://agner.org/optimize/和https://stackoverflow.com/tags/x86/info中的其他链接
严重的是,我只是没有看到您认为编译器可能要使用xchg
的任何合理原因,特别是考虑到调用约定未在RAX中传递arg,因此您仍然需要2说明。即使对于寄存器,英特尔CPU上的xchg reg,reg
也是3微秒,它们是微代码微秒,不能从移动消除中受益。 (某些AMD CPU具有2-uop xchg reg,reg
。Why is XCHG reg,reg a 3 micro-op instruction on modern Intel architectures?)
我也猜你在看clang输出;通过movzx eax,byte ptr [rsi]
加载来GCC will avoid partial register shenanigans (like false dependencies),即使返回值只是低字节。零扩展负载要比合并RAX的旧值便宜。这是xchg
的另一个缺点。
那么,有什么特殊原因导致编译器无法在此处使用xchg?
因为mov
比xchg
快,并且编译器针对速度进行了优化。
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