c - 为什么C程序在循环包含条件时运行速度变慢

Question

我根据收到的评论重新表述这个问题。

我有一个运行 300 亿次的循环，并将值分配给使用 malloc() 分配的内存块；

当循环包含条件时，它的运行速度比条件不存在时慢得多。查看以下场景:

场景 A:存在条件且程序缓慢(43 秒)

场景 B:条件不存在，程序速度更快(4 秒)

// gcc -O3 -c block.c && gcc -o block block.o



#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


#define LEN 3000000000

int main (int argc, char** argv){

    long i,j;

    unsigned char *n = NULL;
    unsigned char *m = NULL;

    m = (unsigned char *) malloc (sizeof(char) * LEN);

    n = m;

    srand ((unsigned) time(NULL));  

    int t = (unsigned) time(NULL);

    for (j = 0; j < 10; j++){

        n = m;

        for (i = 0; i < LEN; i++){


            //////////// A: THIS IS SLOW
            /*
            if (i % 2){
                *n = 1;         

            } else {
                *n = 0;
            }   
            */
            /////////// END OF A


            /////////// B: THIS IS FAST

            *n = 0;

            i % 2;

            *n = 1;

            /////////// END OF B

            n += 1;

        }
    }


    printf("Done. %d sec \n", ((unsigned) time(NULL)) - t );

    free(m);

    return 0;
}

问候，KD

Answer 1

您可以使用 gcc -S -O3 查看生成的汇编程序。以下是英特尔盒子上的示例:

快速版本:

    movl    %eax, %r12d
    .p2align 4,,10
    .p2align 3
.L2:
    movl    $3000000000, %edx
    movl    $1, %esi
    movq    %rbp, %rdi
    call    memset
    subq    $1, %rbx
    jne .L2

慢速版本:

    movl    $10, %edi
    movl    %eax, %ebp
    movl    $3000000000, %esi
    .p2align 4,,10
    .p2align 3
.L2:
    xorl    %edx, %edx
    .p2align 4,,10
    .p2align 3
.L5:
    movq    %rdx, %rcx
    andl    $1, %ecx
    movb    %cl, (%rbx,%rdx)
    addq    $1, %rdx
    cmpq    %rsi, %rdx
    jne     .L5
    subq    $1, %rdi
    jne     .L2

结论:编译器比你想象的更聪明。它能够将内部循环优化为 memset(速度更快，因为它使用 Intel 上的 SSE/AVX 或 REP 指令)。但是，如果保持该条件，则此优化无法启动 - 因为结果不同。