llvm-clang - LLVM 使用进位和零标志

Question

我开始阅读 LLVM 文档和 IR 文档。

在常见架构中，asm cmp 指令“结果”值至少为 3 位长，假设第一位是 SIGN 标志，第二位是 CARRY 标志，第三位是零标志。

问题 1)

为什么 IR icmp instruction结果值只有i1？ (您只能选择一个标志)

为什么 IR 没有定义，我们称之为 icmp2 指令，返回具有 SIGN、CARRY 和 ZERO 标志的 i3？

这个 i3 值可以通过 switch 指令或特定的 br2 指令进行操作，例如:

%result = cmp2 i32 %a, i32 %b
br2 i3 %result onzero label %EQUAL, onsign label %A_LT_B
#here %a GT %b

问题 2)

这有道理吗？此 br2 指令能否帮助创建新的优化？即删除所有 jmp？这是必要的还是性能提升可以忽略不计？

我问这个问题的原因 - 除了不是 LLVM 专家 - 是因为在我的第一次测试中，我期望 LLVM 进行某种优化，以避免进行两次比较并避免 所有分支都使用asm条件移动指令。

我的测试:

我用 clang-LLVM 编译了这个:

#include <stdlib.h>
#include <inttypes.h>
typedef int32_t i32;

i32 compare (i32 a, i32 b){
// return (a - b) & 1;
   if (a>b) return 1;
   if (a<b) return -1;
   return 0;
}

int main(int argc, char** args){
    i32 n,i;
    i32 a,b,avg;

    srand(0); //fixed seed

    for (i=0;i<500;i++){
        for (n=0;n<1e6;n++){
            a=rand();
            b=rand();
            avg+=compare(a,b);
        }
    }
    return avg;
}

输出汇编为: ...

    mov r15d, -1

 ...

.LBB1_2:                                #   Parent Loop BB1_1 Depth=1
                                        # =>  This Inner Loop Header: Depth=2
    call    rand
    mov r12d, eax
    call    rand
    mov ecx, 1
    cmp r12d, eax
    jg  .LBB1_4
# BB#3:                                 #   in Loop: Header=BB1_2 Depth=2
    mov ecx, 0
    cmovl   ecx, r15d
.LBB1_4:                                # %compare.exit
                                        #   in Loop: Header=BB1_2 Depth=2
    add ebx, ecx

...

我期望(所有jmps在内循环中被删除):

    mov r15d, -1
    mov r13d, 1  # HAND CODED

    call    rand
    mov r12d, eax
    call    rand

    xor ecx,ecx            # HAND CODED
    cmp r12d, eax
    cmovl   ecx, r15d      # HAND CODED
    cmovg   ecx, r13d      # HAND CODED
    add ebx, ecx

性能差异(1s)似乎可以忽略不计(在 VirtualBox 下的虚拟机上):

• LLVM 生成 asm:12.53s
• 手工编码的 asm:11.53s
• diff:1 秒，5 亿次迭代

问题 3)

我的绩效衡量标准正确吗？这是 makefile 和完整的 hancoded.compare.s

生成文件:

CC=clang -mllvm --x86-asm-syntax=intel

all:
    $(CC) -S -O3 compare.c 
    $(CC) compare.s -o compare.test

    $(CC) handcoded.compare.s -o handcoded.compare.test

    echo `time ./compare.test`
    echo `time ./handcoded.compare.test`
    echo `time ./compare.test`
    echo `time ./handcoded.compare.test`

手工编码(固定)asm:

    .text
    .file   "handcoded.compare.c"
    .globl  compare
    .align  16, 0x90
    .type   compare,@function
compare:                                # @compare
    .cfi_startproc
# BB#0:
    mov eax, 1
    cmp edi, esi
    jg  .LBB0_2
# BB#1:
    xor ecx, ecx
    cmp edi, esi
    mov eax, -1
    cmovge  eax, ecx
.LBB0_2:
    ret
.Ltmp0:
    .size   compare, .Ltmp0-compare
    .cfi_endproc

    .globl  main
    .align  16, 0x90
    .type   main,@function
main:                                   # @main
    .cfi_startproc
# BB#0:
    push    rbp
.Ltmp1:
    .cfi_def_cfa_offset 16
    push    r15
.Ltmp2:
    .cfi_def_cfa_offset 24
    push    r14
.Ltmp3:
    .cfi_def_cfa_offset 32
    push    r12
.Ltmp4:
    .cfi_def_cfa_offset 40
    push    rbx
.Ltmp5:
    .cfi_def_cfa_offset 48
.Ltmp6:
    .cfi_offset rbx, -48
.Ltmp7:
    .cfi_offset r12, -40
.Ltmp8:
    .cfi_offset r14, -32
.Ltmp9:
    .cfi_offset r15, -24
.Ltmp10:
    .cfi_offset rbp, -16
    xor r14d, r14d
    xor edi, edi
    call    srand
    mov r15d, -1
    mov r13d, 1  # HAND CODED

                                        # implicit-def: EBX
    .align  16, 0x90
.LBB1_1:                                # %.preheader
                                        # =>This Loop Header: Depth=1
                                        #     Child Loop BB1_2 Depth 2
    mov ebp, 1000000
    .align  16, 0x90
.LBB1_2:                                #   Parent Loop BB1_1 Depth=1
                                        # =>  This Inner Loop Header: Depth=2

    call    rand
    mov r12d, eax
    call    rand

    xor ecx,ecx     #hand coded
    cmp r12d, eax  

    cmovl   ecx, r15d #hand coded
    cmovg   ecx, r13d #hand coded
    add ebx, ecx

.LBB1_3:
    dec ebp
    jne .LBB1_2
# BB#5:                                 #   in Loop: Header=BB1_1 Depth=1
    inc r14d
    cmp r14d, 500
    jne .LBB1_1
# BB#6:
    mov eax, ebx
    pop rbx
    pop r12
    pop r14
    pop r15
    pop rbp
    ret
.Ltmp11:
    .size   main, .Ltmp11-main
    .cfi_endproc


    .ident  "Debian clang version 3.5.0-1~exp1 (trunk) (based on LLVM 3.5.0)"
    .section    ".note.GNU-stack","",@progbits

Answer 1

问题 1:LLVM IR 与机器无关。有些机器甚至可能没有进位标志，甚至没有零标志或符号标志。返回值是 i1，足以指示 TRUE 或 FALSE。您可以设置比较条件，例如“eq”，然后检查结果，看看两个操作数是否相等等。

问题 2:LLVM IR 最初并不关心优化。主要目标是生成基于静态单赋值(SSA)的指令表示。优化发生在后面的过程中，其中一些是与机器无关的，一些是与机器相关的。你的 br2 想法会假设机器将支持这 3 个标志，这可能是一个错误的假设，

问题 3:我不确定您在这里想做什么。你能解释更多吗？