c++ - 全局变量减慢代码

Question

我正在写我能写的最糟糕的代码，(基本上是想破坏东西)我注意到这段代码:

for(int i = 0; i < N; ++i)
    tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(x++))))))));
end
std::cout << x;

其中 N 是一个全局变量，运行速度明显较慢:

int N = 10000;
for(int i = 0; i < N; ++i)
    tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(x++))))))));
end
std::cout << x;

全局变量会导致运行速度变慢怎么办？

Answer 1

tl;dr:本地版本将 N 保存在寄存器中，全局版本则不会。使用 const 声明常量，无论您如何声明它都会更快。

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这是我使用的示例代码:

#include <iostream>
#include <math.h>
void first(){
  int x=1;
  int N = 10000;
  for(int i = 0; i < N; ++i)
    tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(x++))))))));
  std::cout << x;
}
int N=10000;
void second(){
  int x=1;
  for(int i = 0; i < N; ++i)
    tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(tan(x++))))))));
  std::cout << x;
}
int main(){
  first();
  second();
}

(名为 test.cpp)。

为了查看生成的汇编代码，我运行了 g++ -S test.cpp。

我得到了一个很大的文件，但通过一些智能搜索(我搜索了 tan)，我找到了我想要的:

来自 first 函数:

Ltmp2:
    movl    $1, -4(%rbp)
    movl    $10000, -8(%rbp) ; N is here !!!
    movl    $0, -12(%rbp)    ;initial value of i is here
    jmp LBB1_2       ;goto the 'for' code logic
LBB1_1:             ;the loop is this segment
    movl    -4(%rbp), %eax
    cvtsi2sd    %eax, %xmm0
    movl    -4(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -4(%rbp)
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan        
    callq   _tan
    callq   _tan
    movl    -12(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -12(%rbp) 
LBB1_2:
    movl    -12(%rbp), %eax ;value of n kept in register 
    movl    -8(%rbp), %ecx  
    cmpl    %ecx, %eax  ;comparing N and i here
    jl  LBB1_1      ;if less, then go into loop code
    movl    -4(%rbp), %eax

第二个功能:

Ltmp13:
    movl    $1, -4(%rbp)    ;i
    movl    $0, -8(%rbp) 
    jmp LBB5_2
LBB5_1:             ;loop is here
    movl    -4(%rbp), %eax
    cvtsi2sd    %eax, %xmm0
    movl    -4(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -4(%rbp)
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    callq   _tan
    movl    -8(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -8(%rbp)
LBB5_2:
    movl    _N(%rip), %eax  ;loading N from globals at every iteration, instead of keeping it in a register
    movl    -8(%rbp), %ecx

因此从汇编代码中您可以看到(或看不到)，在本地版本中，N 在整个计算过程中保存在一个寄存器中，而在全局版本中，N 在每次迭代时从全局重新读取。

我想发生这种情况的主要原因是线程之类的事情，编译器无法确定 N 未被修改。

如果你在 N 的声明中添加一个 const (const int N=10000)，它会比本地版本更快:

    movl    -8(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -8(%rbp)
LBB5_2:
    movl    -8(%rbp), %eax
    cmpl    $9999, %eax ;9999 used instead of 10000 for some reason I do not know
    jle LBB5_1

N 被替换为常量。