Schnelligkeit von C-Code


  • Mod

    Burkhi schrieb:

    Auf jeden Fall sollte man sich ruhig mal anschauen, was der C Compiler an Assemblercode generiert. Zu 486er Zeiten gab es da tatsächlich noch Unterschiede zwischen

    int a=4,b;
    b = a / 2;
    

    und

    int a=4,b;
    b = a >> 1;
    

    Das bekommen heutige Compiler aber problemlos hin optimiert. 🙂

    sogar für 486er.



  • also das programm lautete einmal

    int main()
    {
    //Hier noch bisschen Initialisierung
    
    for(;;)
    {
    outp(PORT,0x01);
    outp(PORT,0x00);
    }
    }
    

    und einmal

    int main()
    {
    //Initialisierung
    
    for(;;)
    {
    _asm 
    { 
    mov al,0x01 
    mov dx,PORT 
    out dx,al
    mov al,0x00 
    mov dx,LPT 
    out dx,al 
    } 
    }
    
    }
    

    wurde beides ganz normal mit dem openwatcom-compiler (den ich natürlich gerade nicht auf dem rechner habe) gebaut. letztenendes unterschieden sich die jeweiligen assemblercodes nur darin, dass in dem c-programm jedes mal eine funktion/unterprogramm namens check oder so aufgerufen wurde und man sagte mir, dass der compiler dieses check dazu benutzt, um überhaupt die richtigen einstellungen zu finden.

    ich hab eben noch einmal nachgesehen, die frequenzen waren 117kHz und 320kHz, also fast das dreifache an unterschied. 🙄



  • HansKlaus schrieb:

    letztenendes unterschieden sich die jeweiligen assemblercodes nur darin, dass in dem c-programm jedes mal eine funktion/unterprogramm namens check oder so aufgerufen wurde und man sagte mir, dass der compiler dieses check dazu benutzt, um überhaupt die richtigen einstellungen zu finden.

    Wenn ich das richtig verstehe, war also das Problem, dass ein Funktionsaufruf, der auch außerhalb der Schleife hätte stehen können, nicht wegoptimiert wurde. Der GCC kennt solche Funktionen als pure functions , die also keine Seiteneffekte besitzen und das Ergebnis nur vom Input abhängt - die also "auch mal weniger oft als geschrieben aufgerufen werden können".

    Ob der Watcom das unterstützt, weiß ich nicht. Aber meines Wissens hat auch der Visual Studio Compiler z.B. Probleme damit, strlen -Calls auf konstante Strings einfach mit der String-Länge zu ersetzen.

    Die korrekte Implementierung wäre natürlich gewesen, den Funktionsaufruf außerhalb der Schleife zu haben. 🙄


  • Mod

    HansKlaus schrieb:

    also das programm lautete einmal

    int main()
    {
    //Hier noch bisschen Initialisierung
    
    for(;;)
    {
    outp(PORT,0x01);
    outp(PORT,0x00);
    }
    }
    

    und einmal

    int main()
    {
    //Initialisierung
    
    for(;;)
    {
    _asm 
    { 
    mov al,0x01 
    mov dx,PORT 
    out dx,al
    mov al,0x00 
    mov dx,LPT 
    out dx,al 
    } 
    }
    
    }
    

    wurde beides ganz normal mit dem openwatcom-compiler (den ich natürlich gerade nicht auf dem rechner habe) gebaut. letztenendes unterschieden sich die jeweiligen assemblercodes nur darin, dass in dem c-programm jedes mal eine funktion/unterprogramm namens check oder so aufgerufen wurde und man sagte mir, dass der compiler dieses check dazu benutzt, um überhaupt die richtigen einstellungen zu finden.

    ich hab eben noch einmal nachgesehen, die frequenzen waren 117kHz und 320kHz, also fast das dreifache an unterschied. 🙄

    Gast3 schrieb:

    Ist das ein Troll-Versuch - oder ernst gemeint?



  • dachschaden schrieb:

    Wenn ich das richtig verstehe, war also das Problem, dass ein Funktionsaufruf, der auch außerhalb der Schleife hätte stehen können, nicht wegoptimiert wurde. Der GCC kennt solche Funktionen als pure functions , die also keine Seiteneffekte besitzen und das Ergebnis nur vom Input abhängt - die also "auch mal weniger oft als geschrieben aufgerufen werden können".

    ja der gcc unterstützt aber keine prozessoren mit 16 bit datenbreite (warum auch immer) und der openwatcom ist doch sonst eigentlich ziemlich gut, oder nicht?

    Aber meines Wissens hat auch der Visual Studio Compiler z.B. Probleme damit, strlen -Calls auf konstante Strings einfach mit der String-Länge zu ersetzen.

    mit scheint, dass compiler so allgemein ihre tücken haben können. muss ja irgendwie auch so sein, wenn es keine fehlerfreien programme geben kann. 🙄

    Die korrekte Implementierung wäre natürlich gewesen, den Funktionsaufruf außerhalb der Schleife zu haben. 🙄

    ja aber wer soll das machen? die wenigsten werden die zeit haben, erst einmal den compiler umzuschreiben und das dann auch noch ausgiebig zu testen.

    andererseits wirds in 95% der fälle sowieso egal sein und in den restlichen 5% nimmt man halt einfach assembler. 😃



  • Ist das ein Troll-Versuch - oder ernst gemeint?

    wenn jemand so nebenbei von register und inline-Assembler anfängt dann ist es schon sehr relevant welcher Kompiler und was für ein Problem optimiert wurde - hier ist es ein alter (zugegeben damals sehr guter DOS C Compiler) und ein absolut triviales IO Beispiel - das ist in dem Kontext eines neueren Kompilers und so allgemein als "schneller" formuliert einfach zu plump - daher die Troll Frage - aber jetzt ist ja klar wo das Wissen/Erfahrung herkommt - hier für diesen Fall unrelevant



  • @HansKlaus - welche Version von Watcom C war das - ich würde mal probieren das ganze mit dem Build von https://github.com/open-watcom (Version 2.0 beta Aug 26 2016 05:40:13 (32-bit)) zu kompilieren - dann kann man direkt vergleichen was der Unterschied zwischen C und inline-Assembler ist



  • so gehts:

    von https://github.com/open-watcom

    den nightly build runterladen

    https://github.com/open-watcom/travis-ci-ow-builds/archive/master.zip

    entpackend

    dann das Beispiel von HansKlaus:

    outp_test.c

    #include <conio.h>
    
    #define PORT 123
    
    int main1()
    {
        //Hier noch bisschen Initialisierung
        for(;;)
        {
            outp(PORT,0x01);
            outp(PORT,0x00);
        }
    }
    
    int main2()
    {
        //Initialisierung
        for(;;)
        {
            _asm
            {
                mov al,0x01
                mov dx,PORT
                out dx,al
                mov al,0x00
                mov dx,PORT
                out dx,al
            }
        }
    }
    
    int main()
    {
        main1();
        main2();
        return 0;
    }
    

    und diese Batch-Datei

    outp_test.cmd

    set WATCOM=C:\Users\dl\Downloads\travis-ci-ow-builds-master\travis-ci-ow-builds-master\rel
    set PATH=%WATCOM%\binnt;%PATH%;
    set INCLUDE=%WATCOM%\h
    set EDPATH=%WATCOM%\EDDAT
    set WIPFC=%WATCOM%\WIPFC
    wcl -q -bt=DOS d:\temp\outp_test.c
    

    und des Rätsels Lösung ist - kein inlineing von den outp-Funktionen
    (oder mir fehlen noch Optimierschalter beim kompilieren)

    seg000:0008 main1           proc near               ; CODE XREF: sub_1003B+6p
    seg000:0008                 mov     ax, 4
    seg000:000B                 call    loc_1004F
    seg000:000E                 push    dx
    seg000:000F
    seg000:000F loc_1000F:                              ; CODE XREF: main1+18j
    seg000:000F                 mov     dx, 1
    seg000:0012                 mov     ax, 7Bh ; '{'
    seg000:0015                 call    sub_10081 ; <=======
    seg000:0018                 xor     dx, dx
    seg000:001A                 mov     ax, 7Bh ; '{'
    seg000:001D                 call    sub_10081 ; <=======
    seg000:0020                 jmp     short loc_1000F
    seg000:0020 main1           endp
    seg000:0020
    seg000:0022
    seg000:0022 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
    seg000:0022
    seg000:0022 ; Attributes: noreturn
    seg000:0022
    seg000:0022 main2           proc near               ; CODE XREF: seg000:0044p
    seg000:0022                 mov     ax, 0Ch
    seg000:0025                 call    loc_1004F
    seg000:0028                 push    bx
    seg000:0029                 push    cx
    seg000:002A                 push    dx
    seg000:002B                 push    si
    seg000:002C                 push    di
    seg000:002D
    seg000:002D loc_1002D:                              ; CODE XREF: main2+17j
    seg000:002D                 mov     al, 1
    seg000:002F                 mov     dx, 7Bh ; '{'
    seg000:0032                 out     dx, al
    seg000:0033                 mov     al, 0
    seg000:0035                 mov     dx, 7Bh ; '{'
    seg000:0038                 out     dx, al
    seg000:0039                 jmp     short loc_1002D
    seg000:0039 main2           endp
    


  • und wenn nicht doch noch Optimierschalter fehlen ist der generierte Code in beiden Fällen semi-optimal - warum wird z.B. dx staendig ueberschrieben?



  • Erik12345679 schrieb:

    Meine Frage wäre nun: Bringt es einen Geschwindigkeitsvorteil, wenn ich meine Variablen außerhalb der zeitkritischen Bereiche anlege (z.B. beim Starten des µP)?

    Generell sind Alignment (auch Datentypkontrolle, -repräsentation oder -wechsel), Jumps verhindern und Abhängigkeiten auflösen (in den Asm-Code gucken und/oder in Schleifen) hilfreich.
    Wenn kein netter Algo greifbar ist, ist vielleicht eine nette Hardwarehilfe beim Prozessor nutzbar.
    Beim letzten wäre zu prüfen, was der Compiler optimieren kann (z.B. Konvertierungen, besondere Befehle oder Parallelgedöns) und was nicht.

    Internetseiten zum Thema Optimierung sollten möglichst aktuell sein und auch Prozessor- und Entwicklungssystem bezogen.
    Diese Seite hier ist noch nicht so alt, beschreibt aber schon weitere wichtige Grundregeln und Hilfen:
    http://stackoverflow.com/questions/10800372/c-tips-for-code-optimization-on-arm-devices



  • im Vergleich zu Watcom generieren der gcc 6.2 oder clang 3.8 (gcc.godbolt.org) dafür schon viel besseren Code - auch ohne (bis auf den outp-Ersatz) inline-asm

    #include <stdint.h>
    
    #define PORT 123
    
    static inline void outp(uint16_t port, uint8_t val)
    {
      asm ( "outb %0, %1" : : "a"(val), "Nd"(port) );
    }
    
    int main()
    {
      //Hier noch bisschen Initialisierung 
      for(;;) 
      { 
        outp(PORT,0x01); 
        outp(PORT,0x00); 
      } 
    
      return 0;
    }
    

    gcc 6.2

    main:
            mov     ecx, 1
            xor     edx, edx
    .L2:
            mov     eax, ecx
            outb al, 123
            mov     eax, edx
            outb al, 123
            jmp     .L2
    

    clang 3.8

    main:                                   
    .LBB0_1:                                
            mov     al, 1
            out     123, al
            xor     eax, eax
            out     123, al
            jmp     .LBB0_1
    

    so viel zu alt/neu Kompiler-Vergleiche



  • mit besseren Optimierflags für den Watcom

    wcl -q -bt=DOS /oneatx /oh /ei /zp8 /6 /fp6 d:\temp\outp_test.c

    ergibt sich ein völlig anderes Bild

    seg000:0010 main1           proc near               ; CODE XREF: sub_10050+5p
    seg000:0010                 push    bx
    seg000:0011                 push    dx
    seg000:0012                 mov     bx, 7Bh ; '{'
    seg000:0015                 xor     ah, ah
    seg000:0017                 mov     dx, bx
    seg000:0019
    seg000:0019 loc_10019:                              ; CODE XREF: main1+Fj
    seg000:0019                 mov     al, 1
    seg000:001B                 out     dx, al
    seg000:001C                 mov     al, ah
    seg000:001E                 out     dx, al
    seg000:001F                 jmp     short loc_10019
    seg000:001F main1           endp
    
    seg000:002F main2           proc near
    seg000:002F                 cld
    seg000:0030                 push    bx
    seg000:0031                 push    cx
    seg000:0032                 push    dx
    seg000:0033                 push    si
    seg000:0034                 push    di
    seg000:0035
    seg000:0035 loc_10035:                              ; CODE XREF: main2+12j
    seg000:0035                 mov     al, 1
    seg000:0037                 mov     dx, 7Bh ; '{'
    seg000:003A                 out     dx, al
    seg000:003B                 mov     al, 0
    seg000:003D                 mov     dx, 7Bh ; '{'
    seg000:0040                 out     dx, al
    seg000:0041                 jmp     short loc_10035
    seg000:0041 main2           endp
    

    d.h. der inline-Assembler-Code (main2) ist definitiv langsamer als der C-Code
    könnte an einer älteren Watcom-Version liegen - aber bei diesem Beispiel zeigt sich ganz deutlich warum Inline-Assembler immer mit Vorsicht zu genießen ist - und Aussagen die dazu getroffen werden



  • SeppJ schrieb:

    Und da der Compiler mit seinen tausenden Optimierungstricks in aller Regel viel besseren Maschinencode programmieren kann als der erfahrendste Assemblerhacker, erzeugt er in aller Regel auch viel schnelleren Code. Die einzige nennenswerte Ausnahme sind dabei allerneueste CPU-Features, die älteren Compilern einfach noch nicht gut bekannt sind.

    Das mag im Kontext von x64 und wahrscheinlich auch ARM so sein, aber die Welt ist größer und die allgemeine Annahme der superhochoptimierenden Compiler ist so pauschalisiert schlicht falsch.



  • Achtung, an alle Foren-Neulinge: Dies ist der inoffizielle Sandkasten-Spielplatz-Thread!
    Nach dem Motto: Viel Rauch um Nichts, noch mehr Rauch um Überhauptnichts!

    MfG
    Alter C-Fuchs

    🙂



  • register hat den Nachteil, dass es sich hier um eine Kann-Optimierung des Compilers handelt (was naturgemäß wenig erstrebenswert ist wegen unnötiger externer Abhängigkeiten und Unportabilität) und weil die Adressierung der Variablen unmöglich gemacht wird:

    http://ideone.com/kXPJqG

    #include <stdio.h>
    void run(int *i)
    {
    	printf("%d",*i);
    }
    
    int main(void) {
    	register int i = 04711;
    	run(&i);
    	return 0;
    }
    
    prog.c:9:2: error: address of register variable 'i' requested
      run(&i);
      ^
    


  • register-variablen haben ja auch gar keine adresse?!
    wenn von mehreren stellen darauf zugegriffen werden soll, wäre es evtl eine lösung, die variable global anzulegen.

    ich finds btw. sehr lehrreich. 👍


  • Mod

    HansKlaus schrieb:

    wenn von mehreren stellen darauf zugegriffen werden soll, wäre es evtl eine lösung, die variable global anzulegen.

    Global kann sie garantiert nicht mehr in einem Register gehalten werden. Totale Anti-Optimierung.



  • SeppJ schrieb:

    Global kann sie garantiert nicht mehr in einem Register gehalten werden. Totale Anti-Optimierung.

    Das hängt vom Compiler ab - der GCC kann sowas:

    #include <stdio.h>
    
    register int i asm("r15");
    
    int main(void)
    {
        i = 0;
        printf("%d\n",i);
        return 0;
    }
    

    Man sollte dabei aber auch ein Register wählen, welches keinen ABI-Regeln unterliegt. Sonst meckert der Compiler:

    GCC schrieb:

    für Ruf vorgesehenes Register wurde für globale Registervariable verwendet

    Wie sinnvoll es ist, eine einzige Variable für jeden Thread in einem Register zu halten, lassen wir mal dahingestellt.



  • @HansKlaus

    kannst du meine Watcom Ergebnisse irgendwie erklären (bei Nutzung der Optimierflags) - hab ihr damals den resultierenden Maschinencode der C- und Asm-Lösung verglichen oder einfach nur fest gestellt das es schneller ist? kann es sein das ihr ohne Optimierung gebaut habt?


  • Mod

    dachschaden schrieb:

    SeppJ schrieb:

    Global kann sie garantiert nicht mehr in einem Register gehalten werden. Totale Anti-Optimierung.

    Das hängt vom Compiler ab - der GCC kann sowas:

    Ja, wenn er das ganze Programm vorliegen hat. Aber probier es mal aus, wenn du mehr als eine Datei hast.


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