Schnelligkeit von C-Code

SeppJ

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?

nachtfeuer

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

Der echte Tim

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

Wutz

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.

SeppJ

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.

dachschaden

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?

SeppJ

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.

SeppJ

Gast3 schrieb:

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?

Sie haben halt einmal von Hand geinlined und beim anderen Mal eine für den Compiler opaque Funktion aufgerufen. Sehr überraschendes Ergebnis

dachschaden

SeppJ schrieb:

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

Habe ich gerade - zwei unterschiedliche Variablen auf das gleiche Register, die in unterschiedlichen TUs vorliegen. Kompiliert und linkt ohne Probleme, die Variable verhält sich dann wie mit externem Linkage - wenn ich in eine Variable schreibe, ist das auch in der anderen sichtbar.

EDIT: Ich sollte dazu sagen, dass mich das nicht überrascht. Warum auch? Das Register gibt es ja nur einmal.

SeppJ

dachschaden schrieb:

SeppJ schrieb:

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

Habe ich gerade - zwei unterschiedliche Variablen auf das gleiche Register, die in unterschiedlichen TUs vorliegen. Kompiliert und linkt ohne Probleme, die Variable verhält sich dann wie mit externem Linkage - wenn ich in eine Variable schreibe, ist das auch in der anderen sichtbar.

Wow, Respekt vor dieser Fertigkeit des GCC.

EDIT: Ich sollte dazu sagen, dass mich das nicht überrascht. Warum auch? Das Register gibt es ja nur einmal.

Weil das heißt, dass er mal eben ein Register permanent reserviert, für den gesamten Programmablauf? Er kann ja schließlich nie was anderes da rein packen, da er nie sicher sein kann, ob die Variable nicht anderswo benutzt wird. Und er muss dafür sorgen, dass keine andere Codeeinheit jemals dieses Register belegt, selbst wenn sie von dieser Variable gar nichts weiß. Und er muss sich über mehrere Codeeinheiten absprechen, welches Symbol welches Register bezeichnet, während ansonsten später der Linker Beziehungen dieser Art herstellt.

Irgendwie kann ich immer noch nicht glauben, dass das funktionieren soll. Hast du irgendeine Form von programmübergreifender Optimierung gemacht?