c - 有助于理解 C 和 C++ 中#define、const 和 enum 在汇编级别上的差异

Question

最近，我正在研究#define、const 和 enum 的汇编代码:

C 代码(#define):

3   #define pi 3  
4   int main(void)
5   {
6      int a,r=1;             
7      a=2*pi*r;
8      return 0;
9   }

GCC 生成的汇编代码(c 代码中的第 6 行和第 7 行):

6   mov $0x1, -0x4(%ebp)
7   mov -0x4(%ebp), %edx
7   mov %edx, %eax
7   add %eax, %eax
7   add %edx, %eax
7   add %eax, %eax
7   mov %eax, -0x8(%ebp)

C 代码(枚举):

2   int main(void)
3   {
4      int a,r=1;
5      enum{pi=3};
6      a=2*pi*r;
7      return 0;
8   }

GCC 生成的汇编代码(c 代码中的第 4 行和第 6 行):

6   mov $0x1, -0x4(%ebp)
7   mov -0x4(%ebp), %edx
7   mov %edx, %eax
7   add %eax, %eax
7   add %edx, %eax
7   add %eax, %eax
7   mov %eax, -0x8(%ebp)

C 代码(常量):

4   int main(void)
5   {
6      int a,r=1;  
7      const int pi=3;           
8      a=2*pi*r;
9      return 0;
10  }

GCC 生成的汇编代码(c 代码中的第 7 行和第 8 行):

6   movl $0x3, -0x8(%ebp)
7   movl $0x3, -0x4(%ebp)
8   mov  -0x4(%ebp), %eax
8   add  %eax, %eax
8   imul -0x8(%ebp), %eax
8   mov  %eax, 0xc(%ebp)

我发现使用#define和enum，汇编代码是一样的。编译器使用 3 条加法指令来执行乘法。但是，当使用 const 时，会使用 imul 指令。有谁知道这背后的原因吗？

Answer 1

不同之处在于，对于 #define 或 enum，值 3 不需要作为显式值存在于代码中，因此编译器决定使用两条加法指令，而不是为常量 3 分配空间。add reg,reg 指令是每条指令 2 个字节，因此有 6 个字节的指令和 0 个字节用于常量乘以 3，这是较小的代码比 imul 加上一个 4 字节常量。加上 add 指令的使用方式，它可以直接翻译为 *2 *3，因此这可能不是大小优化，它可能是您乘以 2 或 3 时的默认编译器输出。(加通常是比乘法更快的指令)。

#define 和 enum 不声明一个实例，它们只提供一种方法来给值 3 一个符号名称，所以编译器可以选择制作更小的代码。

  mov $0x1, -0x4(%ebp)    ; r=1
  mov -0x4(%ebp), %edx    ; edx = r
  mov %edx, %eax          ; eax = edx
  add %eax, %eax          ; *2
  add %edx, %eax          ; 
  add %eax, %eax          ; *3
  mov %eax, -0x8(%ebp)    ; a = eax

但是当你声明 const int pi = 3 时，你告诉编译器为一个整数值分配空间并用 3 初始化它。它使用 4 个字节，但现在可以使用常量作为 imul 指令的操作数。

 movl $0x3, -0x8(%ebp)     ; pi = 3
 movl $0x3, -0x4(%ebp)     ; r = 3? (typo?)
 mov  -0x4(%ebp), %eax     ; eax = r
 add  %eax, %eax           ; *2
 imul -0x8(%ebp), %eax     ; *pi
 mov  %eax, 0xc(%ebp)      ; a = eax

顺便说一句，这显然不是优化代码。因为永远不会使用值 a，所以如果打开优化，编译器只会执行

xor eax, eax  ; return 0

在所有 3 种情况下。

附录:

我在 MSVC 上尝试过这个，在 Debug模式下，我在所有 3 种情况下得到相同的输出，MSVC 总是按文字 6 使用 imul。即使在情况 3 中它创建 const int = 3它实际上并没有在 imul 中引用它。

我不认为这个测试真的告诉你关于 const vs define vs enum 的任何信息，因为这是未优化的代码。