3
В цикле интерпретации байт-кода после нескольких тестов я с удивлением вижу, что использование switch - худший выбор. Выполнение вызовов в массив указателей функций или с использованием вычисленного расширения gcc goto всегда на 10-20% быстрее, вычисленная версия goto является самой быстрой. Я тестировал свою настоящую игрушку VM с 97 инструкциями и с мини-поддельной виртуальной машиной, вставленной ниже.Почему «переключатель» так медленно?
Почему именно switch самый медленный?
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <inttypes.h>
#include <time.h>
enum {
ADD1 = 1,
ADD2,
SUB3,
SUB4,
MUL5,
MUL6,
};
static unsigned int number;
static void add1(void) {
number += 1;
}
static void add2(void) {
number += 2;
}
static void sub3(void) {
number -= 3;
}
static void sub4(void) {
number -= 4;
}
static void mul5(void) {
number *= 5;
}
static void mul6(void) {
number *= 6;
}
static void interpret_bytecodes_switch(uint8_t *bcs) {
while (true) {
switch (*bcs++) {
case 0:
return;
case ADD1:
add1();
break;
case ADD2:
add2();
break;
case SUB3:
sub3();
break;
case SUB4:
sub4();
break;
case MUL5:
mul5();
break;
case MUL6:
mul6();
break;
}
}
}
static void interpret_bytecodes_function_pointer(uint8_t *bcs) {
void (*fs[])(void) = {
NULL,
add1,
add2,
sub3,
sub4,
mul5,
mul6,
};
while (*bcs) {
fs[*bcs++]();
}
}
static void interpret_bytecodes_goto(uint8_t *bcs) {
void *labels[] = {
&&l_exit,
&&l_add1,
&&l_add2,
&&l_sub3,
&&l_sub4,
&&l_mul5,
&&l_mul6,
};
#define JUMP goto *labels[*bcs++]
JUMP;
l_exit:
return;
l_add1:
add1();
JUMP;
l_add2:
add2();
JUMP;
l_sub3:
sub3();
JUMP;
l_sub4:
sub4();
JUMP;
l_mul5:
mul5();
JUMP;
l_mul6:
mul6();
JUMP;
#undef JUMP
}
struct timer {
clock_t start, end;
};
static void timer_start(struct timer *self) {
self->start = clock();
}
static void timer_end(struct timer *self) {
self->end = clock();
}
static double timer_measure(struct timer *self) {
return (double)(self->end - self->start)/CLOCKS_PER_SEC;
}
static void test(void (*f)(uint8_t *), uint8_t *bcs) {
number = 0;
struct timer timer;
timer_start(&timer);
f(bcs);
timer_end(&timer);
printf("%u %.3fs\n", number, timer_measure(&timer));
}
int main(void) {
const int N = 300000000;
srand((unsigned)time(NULL));
uint8_t *bcs = malloc(N + 1);
for (int i = 0; i < N; ++i) {
bcs[i] = rand() % 5 + 1;
}
bcs[N] = 0;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
printf("%d ", bcs[i]);
}
printf("\nswitch\n");
test(interpret_bytecodes_switch, bcs);
printf("function pointer\n");
test(interpret_bytecodes_function_pointer, bcs);
printf("goto\n");
test(interpret_bytecodes_goto, bcs);
return 0;
}
результат
~$ gcc vm.c -ovm -std=gnu11 -O3
~$ ./vm
3 4 5 3 3 5 3 3 1 2
switch
3050839589 2.866s
function pointer
3050839589 2.573s
goto
3050839589 2.433s
~$ ./vm
3 1 1 3 5 5 2 4 5 1
switch
3898179583 2.871s
function pointer
3898179583 2.573s
goto
3898179583 2.431s
~$ ./vm
5 5 1 2 3 3 1 2 2 4
switch
954521520 2.869s
function pointer
954521520 2.574s
goto
954521520 2.432s
Ниже приведен соответствующий демонтаж кода, размещенных здесь после -O3 оптимизации.
interpret_bytecodes_switch:
.L8:
addq $1, %rdi
cmpb $6, -1(%rdi)
ja .L8
movzbl -1(%rdi), %edx
jmp *.L11(,%rdx,8)
.L11:
.quad .L10
.quad .L12
.quad .L13
.quad .L14
.quad .L15
.quad .L16
.quad .L17
.L16:
leal (%rax,%rax,4), %eax
jmp .L8
.L15:
subl $4, %eax
jmp .L8
.L14:
subl $3, %eax
jmp .L8
.L13:
addl $2, %eax
jmp .L8
.L12:
addl $1, %eax
jmp .L8
.L10:
movl %eax, number(%rip)
ret
.L17:
leal (%rax,%rax,2), %eax
addl %eax, %eax
jmp .L8
interpret_bytecodes_function_pointer:
pushq %rbx
movq %rdi, %rbx
subq $64, %rsp
movzbl (%rdi), %eax
movq $0, (%rsp)
movq $add1, 8(%rsp)
movq $add2, 16(%rsp)
movq $sub3, 24(%rsp)
movq $sub4, 32(%rsp)
movq $mul5, 40(%rsp)
testb %al, %al
movq $mul6, 48(%rsp)
je .L19
.L23:
addq $1, %rbx
call *(%rsp,%rax,8)
movzbl (%rbx), %eax
testb %al, %al
jne .L23
.L19:
addq $64, %rsp
popq %rbx
ret
interpret_bytecodes_goto:
movzbl (%rdi), %eax
movq $.L27, -72(%rsp)
addq $2, %rdi
movq $.L28, -64(%rsp)
movq $.L29, -56(%rsp)
movq $.L30, -48(%rsp)
movq $.L31, -40(%rsp)
movq $.L32, -32(%rsp)
movq $.L33, -24(%rsp)
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
jmp *%rax
.L33:
movl number(%rip), %eax
leal (%rax,%rax,2), %eax
addl %eax, %eax
movl %eax, number(%rip)
movzbl -1(%rdi), %eax
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
.L35:
addq $1, %rdi
jmp *%rax
.L28:
addl $1, number(%rip)
movzbl -1(%rdi), %eax
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
jmp .L35
.L30:
subl $3, number(%rip)
movzbl -1(%rdi), %eax
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
jmp .L35
.L31:
subl $4, number(%rip)
movzbl -1(%rdi), %eax
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
jmp .L35
.L32:
movl number(%rip), %eax
leal (%rax,%rax,4), %eax
movl %eax, number(%rip)
movzbl -1(%rdi), %eax
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
jmp .L35
.L29:
addl $2, number(%rip)
movzbl -1(%rdi), %eax
movq -72(%rsp,%rax,8), %rax
jmp .L35
.L27:
rep ret
Повторите попытку 'inline' над функциями и эталоном. – Olaf
@Olaf Функции уже встроены в '-O3'. – xiver77
Не уверен, поскольку вы используете их несколько раз и берете их адрес; это может помешать встраиванию даже в '-O3' - нет никакой гарантии, даже _with_ ключевого слова (вы можете попробовать' __attribute __ ((always_inline)) '. Вы действительно подтвердили? Что выглядит код ассемблера? что 'switch' может заботиться о случае' default' (хотя и не указывается), в то время как ваш 'gote' не делает. – Olaf