为什么比较 char 变量两次比比较短变量一次快

Question

我认为一个比较必须比两个快。但是经过我的测试，我发现在调试模式下短比较快一点，而在发布模式下，字符比较更快。我想知道真正的原因。

以下是测试代码和测试结果。我写了两个简单的函数，func1() 使用两个字符比较，func2() 使用一个短比较。主函数返回临时返回值以避免编译优化忽略我的测试代码。我的编译器是 GCC 4.7.2，CPU Intel® Xeon® CPU E5-2430 0 @ 2.20GHz (VM)。

inline int func1(unsigned char word[2])
{
        if (word[0] == 0xff && word[1] == 0xff)
                return 1;
        return 0;
}

inline int func2(unsigned char word[2])
{
        if (*(unsigned short*)word == 0xffff)
                return 1;
        return 0;
}

int main()
{
        int n_ret = 0;
        for (int j = 0; j < 10000; ++j)
                for (int i = 0; i < 70000; ++i)
                        n_ret += func2((unsigned char*)&i);
        return n_ret;
}

调试模式：

          func1      func2
real    0m3.621s    0m3.586s
user    0m3.614s    0m3.579s
sys     0m0.001s    0m0.000s

发布模式：

          func1      func2
real    0m0.833s    0m0.880s
user    0m0.831s    0m0.878s
sys     0m0.000s    0m0.002s

func1版的汇编代码：

        .cfi_startproc
        movl    $10000, %esi
        xorl    %eax, %eax
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L6:
        movl    $1, %edx
        xorl    %ecx, %ecx
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L8:
        movl    %edx, -24(%rsp)
        addl    $1, %edx
        addl    %ecx, %eax
        cmpl    $70001, %edx
        je      .L3
        xorl    %ecx, %ecx
        cmpb    $-1, -24(%rsp)
        jne     .L8
        xorl    %ecx, %ecx
        cmpb    $-1, -23(%rsp)
        sete    %cl
        jmp     .L8
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L3:
        subl    $1, %esi
        jne     .L6
        rep
        ret
        .cfi_endproc

func2版的汇编代码：

        .cfi_startproc
        movl    $10000, %esi
        xorl    %eax, %eax
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L4:
        movl    $1, %edx
        xorl    %ecx, %ecx
        jmp     .L3
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L7:
        movzwl  -24(%rsp), %ecx
.L3:
        cmpw    $-1, %cx
        movl    %edx, -24(%rsp)
        sete    %cl
        addl    $1, %edx
        movzbl  %cl, %ecx
        addl    %ecx, %eax
        cmpl    $70001, %edx
        jne     .L7
        subl    $1, %esi
        jne     .L4
        rep
        ret
        .cfi_endproc

Answer 1

在 GCC 4.6.3 中，第一段和第二段代码的代码不同，如果运行足够长的时间，func1 选项的运行时间会明显变慢。不幸的是，由于您的运行时间很短，两者在时间上看起来相似。

将外循环增加 10 倍意味着 func2 大约需要 6 秒，而 func1 大约需要 10 秒。这是使用gcc -std=c99 -O3 编译代码。

我预计，主要区别在于 && 语句引入的额外分支。额外的xorl %ecx, %ecx 并没有多大帮助（我得到了相同的结果，尽管我的代码在标签名称方面看起来略有不同）。

编辑：我确实尝试过使用 and 而不是分支来提出无分支解决方案，但编译拒绝内联函数，因此需要 30 秒而不是 10 秒。

基准运行于：

AMD Phenom(tm) II X4 965

以 3.4 GHz 运行。