c++ - n 是负数、正数还是零？返回 1、2 或 4

Question

我正在构建一个 PowerPC 解释器，它运行良好。在 Power 架构中，条件寄存器 CR0(x86 上的 EFLAGS)几乎在任何指令上都会更新。它是这样设置的。 CR0的值为1，如果最后一个结果为负，如果最后一个结果为正，则为2，否则为4。

我的第一个天真的解释方法是:

if (n < 0)
    cr0 = 1
else if (n > 0)
    cr0 = 2;
else
    cr0 = 4;

但是我知道所有这些分支都不会是最佳的，每秒运行数百万次。我已经看到一些关于 SO 的黑客攻击，但似乎没有一个是过激的。例如，我发现很多例子可以根据符号或 0 将数字转换为 -1、0 或 1。但是如何使 -1 = 1、1 = 2、0 = 4？我正在寻求 Bit Hackers 的帮助...

提前致谢

更新:首先:谢谢大家，你们太棒了。我会仔细测试你所有的代码的速度，你会第一个知道谁是赢家。

@jalf:关于你的第一个建议，我实际上并没有在每条指令上计算 CR0。我宁愿保留一个 lastResult 变量，当(如果)以下指令要求一个标志时，进行比较。三个主要动机让我回到了“每次”更新:

1. 在 PPC 上，您不必像在 x86 上那样强制更新 CR0(其中 ADD 总是更改 EFLAGS，即使不需要)，您有两种类型的 ADD，一种是更新。如果编译器选择使用更新的，这意味着它会在某个时候使用 CR0，所以延迟没有意义......
2. 有一个特别痛苦的指令叫做 mtcrf，它可以让你任意更改 CR0。您甚至可以将其设置为 7，没有算术意义...这只会破坏保留“lastResult”变量的可能性。

Answer 1

首先，如果要在(几乎)每条指令之后更新此变量，显而易见的建议是:

不要

只有在后续指令需要它的值时才更新它。在其他任何时候，都没有必要更新它。

但是无论如何，当我们更新它时，我们想要的是这种行为:

R < 0  => CR0 == 0b001 
R > 0  => CR0 == 0b010
R == 0 => CR0 == 0b100

理想情况下，我们根本不需要分支。这是一种可能的方法:

1. 将 CR0 设置为值 1。 (如果您真的想要速度，请调查是否可以在不从内存中获取常量的情况下完成此操作。即使您必须在上面花费一些指令，这也可能是值得的)
2. 如果 R >= 0，则左移一位。
3. 如果 R == 0，则左移一位

第 2 步和第 3 步可以转换以消除“如果”部分

CR0 <<= (R >= 0);
CR0 <<= (R == 0);

这样更快吗？我不知道。与往常一样，当您关心性能时，您需要衡量、衡量、衡量。

但是，我可以看到这种方法的几个优点:

1. 我们完全避免使用分支
2. 我们避免了内存加载/存储。
3. 我们依赖的指令(位移和比较)应该具有低延迟，例如，乘法并非总是如此。

缺点是我们在所有三行之间都有一个依赖链:每一行都修改 CR0，然后在下一行中使用它。这在一定程度上限制了指令级并行性。

为了最小化这个依赖链，我们可以这样做:

CR0 <<= ((R >= 0) + (R == 0));

所以我们只需要在初始化之后修改 CR0 一次。

或者，在一行中完成所有操作:

CR0 = 1 << ((R >= 0) + (R == 0));

当然，这个主题有很多可能的变体，所以请继续尝试。