Assembler Code verstehen: wo anfangen
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Der Code macht den Eindruck, als ob der COmpiler optimiert hat. Division ist erheblich langsamer als andere arithmetische Operationen. Wenn der Wert des Divisor bereits beim Compilieren bekannt ist, kann der Compiler die Division durch eine Multiplikation mit dem Inversen des Divisors ersetzen. Vermutlich ist $0x51eb851f das 2^N-fache des Kehrwertes. Wird dieser Wert nun mit dem Dividenten multipliziert ist das Produkt dann der gesuchte Quotient (mutlipliziert mit 2^N, er muss also ggf. noch durch shifts justiert werden). Was anfangs in den einzelnen Registern steht, lässt sich nur bestimmten, wenn der vorhergehende Code beachtet wird.
Für den Einstieg dürfte es sinnvoll sein, Berechnungen von Interesse in eine eigene Funktion auszulagern und den Compiler explizit anzuweisen, für diese keine inline-Expansion durchzuführen. In diesem Fall gibt die ABI vor, welche Werte in welchen Registern oder auf dem Stack zu finden sind.
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Dieses Stück Programm ist der vom Anfang eines Funtionsaufrufes.
Es kommt dire3kt hinter dem Label der Funktion.Ich versuche hier, das Kompilat eines C-Programmes mit dem eines C++ Programmes zu vergleichen. Woebi das C-Programm wesentlich schneller ist. Ich denke, das die Laufzeitdifferenz durch eine Funltion entsteht und versuche diese nun im Detail zu verstehen.
Zum Vergleich hier mal die Ausgabe des C++ Programmes für den Anfang der FUnktion:
mov 0x38(%rdi),%rcx mov %edi,%eax mov %rdx,%r8 mov $0x51eb851f,%edx movslq %esi,%rax mov %edi,%ecx xor %edx,%edx imul %edx div %rcxSoweit ich das verstehe, müsste es sich um den selben Code-Teil, also der Division sowie Modulo, handeln.
Die gesamte C++ Funkltion hat in Assembler 200 Befehle, aus dem C-Code sind 128 Befehle entstanden.
Ich will nun herausfinden, woran das liegt. Natürlich kann es sein, dass ich aufgrund der eingeführten Objekt-Orientierung im C++ Programm einigen Overhead habe, unter Umständen arbeite ich auch irgendwo mit Kopien statt Referenzen. Aber nachdem mir im C++ Code nichts verdächtig schien, will ich nun das Kompilat untersuchen.
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Nachtrag: im letzen Code ist versehentlich eine rechte Spalte eingefügt worden.
In dieser stehen die ersten Befehle des C-Programms, wie sie bereits geposte wurden.
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shisha schrieb:
Zum Vergleich hier mal die Ausgabe des C++ Programmes für den Anfang der FUnktion:
mov 0x38(%rdi),%rcx mov %edi,%eax mov %rdx,%r8 mov $0x51eb851f,%edx movslq %esi,%rax mov %edi,%ecx xor %edx,%edx imul %edx div %rcxDas sieht allerdings nicht so aus, als ob die C++-Variante wirklich äquivalent ist.
In C++ scheint der erste Parameter eine Referenz auf ein Objekt zu sein, dass den Divisor als Member enthält. Während in der C-Variante der Divisor offenbar kein Funktionsparameter ist.Kannst du die beiden Varianten zeigen (vorzugsweise mit allen notwendingen zusätzlichen Deklarationen, um es compilieren zu können)?
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Den gesamten Quellcode kann ich leider nicht freigeben, das wäre viel zu viel.
Aber prinzipiell hast du Recht.
So sieht es ungefähr aus:C:
double heat_2d(int i, double t, const double *y) { const int N = HEAT2D_N; const int ri = i / N; const int ci = i % N; if (ri > 0) { // not the top row if (ri < N - 1) { // not the bottom row if (ci > 0) { // not the left column if (ci < N - 1) return stencil_inner(i, y, N); // inner point else // ci == N - 1 return stencil_right(i, y, N); // right column } else // ci == 0 return stencil_left(i, y, N); // left column } else // ri == N - 1 { // bottom row if (ci > 0) { // not the bottom left corner if (ci < N - 1) return stencil_bottom(i, y, N); // non-corner point of bottom row else // ci == N - 1 return stencil_corner_bottom_right(y, N); } else // ci == 0 return stencil_corner_bottom_left(y, N); } } else // ri == 0 { // top row if (ci > 0) { // not the top left corner if (ci < N - 1) return stencil_top(i, y, N); // non-corner point of top row else // ci == N - 1 return stencil_corner_top_right(y, N); } else // ci == 0 return stencil_corner_top_left(y, N); } }C++:
template<typename scalar_type = double, typename state_type = std::vector<scalar_type>> class Heat2D : public IVP<scalar_type, state_type> { public: Heat2D() : IVP<scalar_type, state_type>(HEAT2D_n) { const int N = HEAT2D_N; for (int i = 0; i < N; i++) for (int j = 0; j < N; j++) { this->initial[i * N + j] = 0.5 + (double) j / (double) (N - 1); } } Heat2D(int N) : IVP<scalar_type, state_type>(N * N), N(N) { for (int i = 0; i < N; i++) { for (int j = 0; j < N; j++) { this->initial[i * N + j] = 0.5 + (double) j / (double) (N - 1); } } } scalar_type eval_component(int i, scalar_type t, const state_type &y) { const int ri = i / N; const int ci = i % N; if (ri > 0) { // not the top row if (ri < N - 1) { // not the bottom row if (ci > 0) { // not the left column if (ci < N - 1) return stencil_inner(i, y, N); // inner point else // ci == N - 1 return stencil_right(i, y, N); // right column } else // ci == 0 return stencil_left(i, y, N); // left column } else // ri == N - 1 { // bottom row if (ci > 0) { // not the bottom left corner if (ci < N - 1) return stencil_bottom(i, y, N); // non-corner point of bottom row else // ci == N - 1 return stencil_corner_bottom_right(y, N); } else // ci == 0 return stencil_corner_bottom_left(y, N); } } else // ri == 0 { // top row if (ci > 0) { // not the top left corner if (ci < N - 1) return stencil_top(i, y, N); // non-corner point of top row else // ci == N - 1 return stencil_corner_top_right(y, N); } else // ci == 0 return stencil_corner_top_left(y, N); } } }Die Stencils sind hier einfache 5-Punkt 2D jacobis, z.B::
// C++ scalar_type stencil_inner(int i, const state_type &y, int N) { scalar_type N12 = (((scalar_type) N - 1.0) * ((scalar_type) N - 1.0)); return N12 * (y[i - N] + y[i - 1] - 4.0 * y[i] + y[i + 1] + y[i + N]); }// C static double stencil_inner(int i, const double *y, int N) { double N12 = (((double)N - 1.0) * ((double)N - 1.0)); return N12 * (y[i - N] + y[i - 1] - 4.0 * y[i] + y[i + 1] + y[i + N]); }
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Könnte man das nicht viel kürzer haben? Etwa:
scalar_type eval_component(int i, scalar_type t, const state_type &y) { const int ri = i / N; const int ci = i % N; return (N - 1) * (N - 1) * (y[ri == 0 ? i : i - N] + y[ci == 0 ? i : i - 1] + y[ci + 1 == N ? i : i + 1] + y[ri + 1 == N ? i : i + N] - y[i] * 4); }Wenn das Ganze in einer Schleife aufgerufen wird, sind die ganzen Bedingungen ohnehin redundant.
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Die Ränder unterscheiden sich durchaus in ihrer Berechnung.
Dennoch ist es richtig, dass sich hier einiges verbessern lässt, wenn man weiß wie auf die Daten zugegriffen wird.Darum soll es allerdings hier noch nicht gehen. Es steht die Portierung von C nach C++ mit den dabei festgestellten Laufzeitunterschieden im Fokus.
Primäres Ziel ist es tatsächlich, herauszufinden, warum das C++ fast doppelt so lange Laufzeiten benötigt.
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Die Tatsache, dass in der C-Variante N eine bereits beim Compilieren bekannte Größe ist, dürfte eine große Rolle spielen. Nachdem all die stencil_*-Aufrufe vermutlich geinlined werden, hat es der Compiler hier möglicherweise einfacher, wenn es darum geht, Ausdrücke zusammenzufassen (kann ich nat. nicht einschätzen, ohne alle relevanten Funktionen gesehen zu haben). Zudem müssen etwa Ausrücke wir i + N gar nicht erst berechnet werden, wenn damit nur auf y zugegriffen wird, bei konstantem N kann das einfach als Offset in die Adressierung einfliessen.
Für ein equivalentes C++-Programm wäre es angemessen, dies ebenfalls konstant zu machen (z.B. als Templateparameter). Andernfalls vergleichst du durchaus unterschiedliche Programme und der Overhead, mit dem du zu kämpfen hast, hat absolut nichts mit Objektorientierung als solcher zu tun, sondern schlicht damit, dass die C++-Variante flexibler ist und mehr kann.
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Bei Interesse kann ich die beiden Programme mal privat versenden, falls du mal drüber schauen willst.
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Ich poste hier mal die beiden vollständigen assemblies von C und C++:
C:
ode_eval_comp: 0000000000401110: mov %edi,%eax 0000000000401112: mov $0x51eb851f,%edx 0000000000401117: mov %edi,%ecx 0000000000401119: imul %edx 000000000040111b: mov %edi,%eax 000000000040111d: sar $0x1f,%eax 0000000000401120: sar $0x5,%edx 0000000000401123: sub %eax,%edx 0000000000401125: imul $0x64,%edx,%eax 0000000000401128: sub %eax,%ecx 000000000040112a: test %edx,%edx 000000000040112c: jle 0x4011f0 <ode_eval_comp+224> 0000000000401132: cmp $0x62,%edx 0000000000401135: jg 0x401198 <ode_eval_comp+136> 0000000000401137: test %ecx,%ecx 0000000000401139: jle 0x401338 <ode_eval_comp+552> 000000000040113f: lea -0x64(%rdi),%eax 0000000000401142: cmp $0x63,%ecx 0000000000401145: cltq 0000000000401147: lea 0x0(,%rax,8),%rdx 000000000040114f: je 0x401240 <ode_eval_comp+304> 0000000000401155: movsd 0x318(%rsi,%rdx,1),%xmm0 000000000040115e: movslq %edi,%rdi 0000000000401161: movsd 0xd09f(%rip),%xmm1 # 0x40e208 0000000000401169: addsd (%rsi,%rax,8),%xmm0 000000000040116e: mulsd 0x320(%rsi,%rdx,1),%xmm1 0000000000401177: subsd %xmm1,%xmm0 000000000040117b: addsd 0x8(%rsi,%rdi,8),%xmm0 0000000000401181: addsd 0x320(%rsi,%rdi,8),%xmm0 000000000040118a: mulsd 0xd07e(%rip),%xmm0 # 0x40e210 0000000000401192: retq 0000000000401193: nopl 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000401198: test %ecx,%ecx 000000000040119a: jle 0x401308 <ode_eval_comp+504> 00000000004011a0: cmp $0x63,%ecx 00000000004011a3: je 0x401280 <ode_eval_comp+368> 00000000004011a9: lea -0x64(%rdi),%eax 00000000004011ac: movsd 0xd054(%rip),%xmm1 # 0x40e208 00000000004011b4: movslq %edi,%rdi 00000000004011b7: cltq 00000000004011b9: movsd (%rsi,%rax,8),%xmm0 00000000004011be: lea 0x0(,%rax,8),%rdx 00000000004011c6: addsd %xmm0,%xmm0 00000000004011ca: mulsd 0x320(%rsi,%rdx,1),%xmm1 00000000004011d3: addsd 0x318(%rsi,%rdx,1),%xmm0 00000000004011dc: subsd %xmm1,%xmm0 00000000004011e0: addsd 0x8(%rsi,%rdi,8),%xmm0 00000000004011e6: mulsd 0xd022(%rip),%xmm0 # 0x40e210 00000000004011ee: retq 00000000004011ef: nop 00000000004011f0: test %ecx,%ecx 00000000004011f2: jle 0x4012b0 <ode_eval_comp+416> 00000000004011f8: cmp $0x63,%ecx 00000000004011fb: je 0x4012d8 <ode_eval_comp+456> 0000000000401201: movsd 0xcfff(%rip),%xmm1 # 0x40e208 0000000000401209: movslq %edi,%rdi 000000000040120c: movsd -0x8(%rsi,%rdi,8),%xmm0 0000000000401212: lea 0x1(%rdi),%rax 0000000000401216: mulsd (%rsi,%rdi,8),%xmm1 000000000040121b: subsd %xmm1,%xmm0 000000000040121f: movsd 0x318(%rsi,%rax,8),%xmm1 0000000000401228: addsd %xmm1,%xmm1 000000000040122c: addsd (%rsi,%rax,8),%xmm0 0000000000401231: addsd %xmm1,%xmm0 0000000000401235: mulsd 0xcfd3(%rip),%xmm0 # 0x40e210 000000000040123d: retq 000000000040123e: xchg %ax,%ax 0000000000401240: movsd 0x318(%rsi,%rdx,1),%xmm0 0000000000401249: add $0x64,%edi 000000000040124c: movsd 0xcfb4(%rip),%xmm1 # 0x40e208 0000000000401254: movslq %edi,%rdi 0000000000401257: addsd %xmm0,%xmm0 000000000040125b: mulsd 0x320(%rsi,%rdx,1),%xmm1 0000000000401264: addsd (%rsi,%rax,8),%xmm0 0000000000401269: subsd %xmm1,%xmm0 000000000040126d: addsd (%rsi,%rdi,8),%xmm0 0000000000401272: mulsd 0xcf96(%rip),%xmm0 # 0x40e210 000000000040127a: retq 000000000040127b: nopl 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000401280: movsd 0x13558(%rsi),%xmm0 0000000000401288: movsd 0x13878(%rsi),%xmm1 0000000000401290: addsd 0x13870(%rsi),%xmm0 0000000000401298: addsd %xmm1,%xmm1 000000000040129c: subsd %xmm1,%xmm0 00000000004012a0: mulsd 0xcf70(%rip),%xmm0 # 0x40e218 00000000004012a8: retq 00000000004012a9: nopl 0x0(%rax) 00000000004012b0: movsd 0xcf68(%rip),%xmm0 # 0x40e220 00000000004012b8: mulsd (%rsi),%xmm0 00000000004012bc: addsd 0x8(%rsi),%xmm0 00000000004012c1: addsd 0x320(%rsi),%xmm0 00000000004012c9: mulsd 0xcf47(%rip),%xmm0 # 0x40e218 00000000004012d1: retq 00000000004012d2: nopw 0x0(%rax,%rax,1) 00000000004012d8: movsd 0x318(%rsi),%xmm0 00000000004012e0: movapd %xmm0,%xmm1 00000000004012e4: addsd %xmm0,%xmm1 00000000004012e8: movsd 0x310(%rsi),%xmm0 00000000004012f0: subsd %xmm1,%xmm0 00000000004012f4: addsd 0x638(%rsi),%xmm0 00000000004012fc: mulsd 0xcf14(%rip),%xmm0 # 0x40e218 0000000000401304: retq 0000000000401305: nopl (%rax) 0000000000401308: movsd 0x13560(%rsi),%xmm0 0000000000401310: movapd %xmm0,%xmm1 0000000000401314: addsd %xmm0,%xmm1 0000000000401318: movsd 0x13240(%rsi),%xmm0 0000000000401320: subsd %xmm1,%xmm0 0000000000401324: addsd 0x13568(%rsi),%xmm0 000000000040132c: mulsd 0xcee4(%rip),%xmm0 # 0x40e218 0000000000401334: retq 0000000000401335: nopl (%rax) 0000000000401338: sub $0x64,%edi 000000000040133b: movslq %edi,%rdi 000000000040133e: lea 0x0(,%rdi,8),%rax 0000000000401346: movsd 0x640(%rsi,%rax,1),%xmm0 000000000040134f: movsd 0x328(%rsi,%rax,1),%xmm1 0000000000401358: addsd (%rsi,%rdi,8),%xmm0 000000000040135d: addsd %xmm1,%xmm1 0000000000401361: addsd %xmm1,%xmm0 0000000000401365: movsd 0xce9b(%rip),%xmm1 # 0x40e208 000000000040136d: mulsd 0x320(%rsi,%rax,1),%xmm1 0000000000401376: subsd %xmm1,%xmm0 000000000040137a: mulsd 0xce8e(%rip),%xmm0 # 0x40e210 0000000000401382: retq 0000000000401383: nopl (%rax) 0000000000401386: nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)C++
Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&): 0000000000401820: mov 0x38(%rdi),%rcx 0000000000401824: mov %rdx,%r8 0000000000401827: movslq %esi,%rax 000000000040182a: xor %edx,%edx 000000000040182c: div %rcx 000000000040182f: test %eax,%eax 0000000000401831: jle 0x401920 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+256> 0000000000401837: lea -0x1(%rcx),%rdi 000000000040183b: cltq 000000000040183d: cmp %rdi,%rax 0000000000401840: jae 0x4018b0 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+144> 0000000000401842: test %edx,%edx 0000000000401844: jle 0x401af8 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+728> 000000000040184a: pxor %xmm1,%xmm1 000000000040184e: movslq %edx,%rax 0000000000401851: lea -0x1(%rsi),%edx 0000000000401854: cmp %rax,%rdi 0000000000401857: mov (%r8),%rax 000000000040185a: movslq %edx,%rdx 000000000040185d: cvtsi2sd %ecx,%xmm1 0000000000401861: subsd 0x6787(%rip),%xmm1 # 0x407ff0 0000000000401869: ja 0x401998 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+376> 000000000040186f: movsd (%rax,%rdx,8),%xmm0 0000000000401874: mov %esi,%edi 0000000000401876: sub %ecx,%edi 0000000000401878: movsd 0x6778(%rip),%xmm2 # 0x407ff8 0000000000401880: addsd %xmm0,%xmm0 0000000000401884: movslq %edi,%rdi 0000000000401887: mulsd 0x8(%rax,%rdx,8),%xmm2 000000000040188d: addsd (%rax,%rdi,8),%xmm0 0000000000401892: subsd %xmm2,%xmm0 0000000000401896: add %esi,%ecx 0000000000401898: mulsd %xmm1,%xmm1 000000000040189c: movslq %ecx,%rcx 000000000040189f: addsd (%rax,%rcx,8),%xmm0 00000000004018a4: mulsd %xmm1,%xmm0 00000000004018a8: retq 00000000004018a9: nopl 0x0(%rax) 00000000004018b0: test %edx,%edx 00000000004018b2: jle 0x401aa0 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+640> 00000000004018b8: movslq %edx,%rax 00000000004018bb: cmp %rax,%rdi 00000000004018be: jbe 0x4019d0 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+432> 00000000004018c4: mov (%r8),%rax 00000000004018c7: lea -0x1(%rsi),%edx 00000000004018ca: sub %ecx,%esi 00000000004018cc: pxor %xmm1,%xmm1 00000000004018d0: movslq %esi,%rsi 00000000004018d3: movslq %edx,%rdx 00000000004018d6: movsd 0x671a(%rip),%xmm2 # 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0x407ff0 0000000000401a09: subsd %xmm2,%xmm0 0000000000401a0d: mulsd %xmm1,%xmm1 0000000000401a11: addsd %xmm1,%xmm1 0000000000401a15: mulsd %xmm1,%xmm0 0000000000401a19: retq 0000000000401a1a: nopw 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000401a20: pxor %xmm1,%xmm1 0000000000401a24: mov (%r8),%rax 0000000000401a27: movsd 0x65d1(%rip),%xmm0 # 0x408000 0000000000401a2f: cvtsi2sd %ecx,%xmm1 0000000000401a33: mulsd (%rax),%xmm0 0000000000401a37: movslq %ecx,%rcx 0000000000401a3a: addsd 0x8(%rax),%xmm0 0000000000401a3f: subsd 0x65a9(%rip),%xmm1 # 0x407ff0 0000000000401a47: addsd (%rax,%rcx,8),%xmm0 0000000000401a4c: mulsd %xmm1,%xmm1 0000000000401a50: addsd %xmm1,%xmm1 0000000000401a54: mulsd %xmm1,%xmm0 0000000000401a58: retq 0000000000401a59: nopl 0x0(%rax) 0000000000401a60: mov (%r8),%rdx 0000000000401a63: lea -0x2(%rcx),%eax 0000000000401a66: mulsd %xmm1,%xmm1 0000000000401a6a: cltq 0000000000401a6c: movsd 0x8(%rdx,%rax,8),%xmm0 0000000000401a72: addsd %xmm1,%xmm1 0000000000401a76: movapd %xmm0,%xmm2 0000000000401a7a: addsd %xmm0,%xmm2 0000000000401a7e: movsd (%rdx,%rax,8),%xmm0 0000000000401a83: lea -0x1(%rcx,%rcx,1),%eax 0000000000401a87: cltq 0000000000401a89: subsd %xmm2,%xmm0 0000000000401a8d: addsd (%rdx,%rax,8),%xmm0 0000000000401a92: mulsd %xmm1,%xmm0 0000000000401a96: retq 0000000000401a97: nopw 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000401aa0: pxor %xmm1,%xmm1 0000000000401aa4: mov %ecx,%eax 0000000000401aa6: imul %ecx,%eax 0000000000401aa9: lea (%rcx,%rcx,1),%edx 0000000000401aac: cvtsi2sd %ecx,%xmm1 0000000000401ab0: sub %edx,%eax 0000000000401ab2: mov (%r8),%rdx 0000000000401ab5: add %eax,%ecx 0000000000401ab7: cltq 0000000000401ab9: movslq %ecx,%rsi 0000000000401abc: add $0x1,%ecx 0000000000401abf: movsd (%rdx,%rsi,8),%xmm0 0000000000401ac4: movslq %ecx,%rcx 0000000000401ac7: movapd %xmm0,%xmm2 0000000000401acb: addsd %xmm0,%xmm2 0000000000401acf: movsd (%rdx,%rax,8),%xmm0 0000000000401ad4: subsd 0x6514(%rip),%xmm1 # 0x407ff0 0000000000401adc: subsd %xmm2,%xmm0 0000000000401ae0: addsd (%rdx,%rcx,8),%xmm0 0000000000401ae5: mulsd %xmm1,%xmm1 0000000000401ae9: addsd %xmm1,%xmm1 0000000000401aed: mulsd %xmm1,%xmm0 0000000000401af1: retq 0000000000401af2: nopw 0x0(%rax,%rax,1) 0000000000401af8: pxor %xmm1,%xmm1 0000000000401afc: mov (%r8),%rax 0000000000401aff: mov %esi,%edi 0000000000401b01: lea 0x1(%rsi),%edx 0000000000401b04: sub %ecx,%edi 0000000000401b06: cvtsi2sd %ecx,%xmm1 0000000000401b0a: movslq %edi,%rdi 0000000000401b0d: add %esi,%ecx 0000000000401b0f: movsd (%rax,%rdi,8),%xmm0 0000000000401b14: movslq %edx,%rdx 0000000000401b17: movslq %ecx,%rcx 0000000000401b1a: movsd (%rax,%rdx,8),%xmm2 0000000000401b1f: addsd (%rax,%rcx,8),%xmm0 0000000000401b24: addsd %xmm2,%xmm2 0000000000401b28: addsd %xmm2,%xmm0 0000000000401b2c: movsd 0x64c4(%rip),%xmm2 # 0x407ff8 0000000000401b34: subsd 0x64b4(%rip),%xmm1 # 0x407ff0 0000000000401b3c: mulsd -0x8(%rax,%rdx,8),%xmm2 0000000000401b42: mulsd %xmm1,%xmm1 0000000000401b46: subsd %xmm2,%xmm0 0000000000401b4a: mulsd %xmm1,%xmm0 0000000000401b4e: retq 0000000000401b4f: nop
-
auseinandergenommen (jeweils nur der Zweig, der zu stencil_inner führt):
C:
ode_eval_comp: # edi = i, xmm0 = t, rsi = y 0000000000401110: mov %edi,%eax # eax = i 0000000000401112: mov $0x51eb851f,%edx # edx = (1ull << 37) / N N == 100 0000000000401117: mov %edi,%ecx # ecx = i 0000000000401119: imul %edx # edx = ri << 5, #eax 000000000040111b: mov %edi,%eax # eax = i 000000000040111d: sar $0x1f,%eax # eax = sgn(i) 0000000000401120: sar $0x5,%edx # edx = ri == i / N 0000000000401123: sub %eax,%edx # edx = ri-sgn(i) 0000000000401125: imul $0x64,%edx,%eax # eax = 100 * ri == i / N * N == i - i % N 0000000000401128: sub %eax,%ecx # ecx = ci == i % N 000000000040112a: test %edx,%edx # test(ri) 000000000040112c: jle 0x4011f0 <ode_eval_comp+224> # <=0: jmp else 0000000000401132: cmp $0x62,%edx # 98 vs. ri (N-2 vs. ri) 0000000000401135: jg 0x401198 <ode_eval_comp+136> # ri > N-2: jmp else 0000000000401137: test %ecx,%ecx # test(ci) 0000000000401139: jle 0x401338 <ode_eval_comp+552> # <=0: jmp else 000000000040113f: lea -0x64(%rdi),%eax # eax = i - N 0000000000401142: cmp $0x63,%ecx # N-1 vs. ci 0000000000401145: cltq # rax = i - N (sign-extended) 0000000000401147: lea 0x0(,%rax,8),%rdx # rdx = sizeof(double)*(i-N) 000000000040114f: je 0x401240 <ode_eval_comp+304> # ci == N-1: jmp else 0000000000401155: movsd 0x318(%rsi,%rdx,1),%xmm0 # xmm0 = y[i - N + (N-1)] ; == y[i-1] 000000000040115e: movslq %edi,%rdi # rdi = i (sign-extended) 0000000000401161: movsd 0xd09f(%rip),%xmm1 # 0x40e208 # xmm1 = const ;?== 4 0000000000401169: addsd (%rsi,%rax,8),%xmm0 # xmm0 += y[i - N] 000000000040116e: mulsd 0x320(%rsi,%rdx,1),%xmm1 # xmm1 *= y[i - N + N] ; == y[i] 0000000000401177: subsd %xmm1,%xmm0 # xmm0 -= xmm1 000000000040117b: addsd 0x8(%rsi,%rdi,8),%xmm0 # xmm0 += y[i + 1] 0000000000401181: addsd 0x320(%rsi,%rdi,8),%xmm0 # xmm0 += y[i + N] 000000000040118a: mulsd 0xd07e(%rip),%xmm0 # 0x40e210 # xmm0 *= const ;?== sqr(N-1) 0000000000401192: retq # retval: xmm0 #mulsd: 2 #addsd: 3 #subsd: 1 #cvtsi2sd: 0C++
Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&): # rdi = this, esi = i, xmm0 = t, rdx = &y 0000000000401820: mov 0x38(%rdi),%rcx # rcx = N ;? offset 56 0000000000401824: mov %rdx,%r8 # r8 = &y 0000000000401827: movslq %esi,%rax # rax = i 000000000040182a: xor %edx,%edx # rdx = 0 000000000040182c: div %rcx # rax = ri == i / N, rdx = ci == i % N 000000000040182f: test %eax,%eax # test(ri) 0000000000401831: jle 0x401920 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+256> # ri <= 0: jmp else 0000000000401837: lea -0x1(%rcx),%rdi # rdi = N - 1 000000000040183b: cltq # rax = ri ??redundant 000000000040183d: cmp %rdi,%rax # ri vs. N - 1 0000000000401840: jae 0x4018b0 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+144> # ri >= N - 1 : jmp else 0000000000401842: test %edx,%edx # test(ci) 0000000000401844: jle 0x401af8 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+728> # ci <= 0: jmp else 000000000040184a: pxor %xmm1,%xmm1 # xmm1 = 0 000000000040184e: movslq %edx,%rax # rax = ci 0000000000401851: lea -0x1(%rsi),%edx # edx = i - 1 0000000000401854: cmp %rax,%rdi # ci vs. N - 1 0000000000401857: mov (%r8),%rax # rax = &y[0] 000000000040185a: movslq %edx,%rdx # rdx = i - 1 000000000040185d: cvtsi2sd %ecx,%xmm1 # xmm1 = N (int->double) 0000000000401861: subsd 0x6787(%rip),%xmm1 # 0x407ff0 # xmm1 -= const ;? == 1 0000000000401869: ja 0x401998 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+376> # N - 1 > ci: jmp if ... 0000000000401998: mov %esi,%edi # edi = i 000000000040199a: lea 0x0(,%rdx,8),%r8 # r8 = sizeof(double)*(i-1) 00000000004019a2: sub %ecx,%edi # edi = i - N 00000000004019a4: movsd 0x664c(%rip),%xmm2 # 0x407ff8 # xmm2 = const ;? == 4 00000000004019ac: movslq %edi,%rdi # rdi = i - N 00000000004019af: movsd (%rax,%rdi,8),%xmm0 # xmm0 = y[i - N] 00000000004019b4: mulsd 0x8(%rax,%r8,1),%xmm2 # xmm2 *= y[i] 00000000004019bb: addsd (%rax,%rdx,8),%xmm0 # xmm0 += y[i-1] 00000000004019c0: subsd %xmm2,%xmm0 # xmm0 -= xmm2 00000000004019c4: addsd 0x10(%rax,%r8,1),%xmm0 # xmm0 += y[i-1+2] ; == y[i+1] 00000000004019cb: jmpq 0x401896 <Heat2D<double, std::vector<double, std::allocator<double> > >::eval_component(int, double, std::vector<double, std::allocator<double> > const&)+118> ... 0000000000401896: add %esi,%ecx # ecx = i + N 0000000000401898: mulsd %xmm1,%xmm1 # xmm1 *= xmm1 ; sqr(N-1) 000000000040189c: movslq %ecx,%rcx # ecx = i + N 000000000040189f: addsd (%rax,%rcx,8),%xmm0 # xmm0 += y[i+N] 00000000004018a4: mulsd %xmm1,%xmm0 # xmm0 *= xmm1 00000000004018a8: retq # retval: xmm0 #mulsd: 3 #addsd: 3 #subsd: 2 #cvtsi2sd: 1Die Konstanz von N macht den Unterschied, der Rest ist im Grund gleich. Beide Varianten würden wahrscheinlich davon profitieren, wenn i und N vorzeichenlos wären, in diesem Fall würden einige sign-extends (cltq, movslq) überflüssig.
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Wow, vielen Dank für die ausführliche Antwort. Noch habe ich den kommentierten Assembler-Code nicht genau studiert, aber ich habe im C++-Programm nun auch eine Wärmeleitungsgleichung mit konstanter Größe implementiert und die Laufzeit kann nun mit dem C-Programm mithalten.
Wie kamst du darauf, dass die konstante Größe der ausschlaggebende Punkt ist?
Sieht man das an bestimmten Zeilen im Assembly oder war das eine Vermutung/Erfahrungssache?
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Es ist naheliegend, da N als Teil der Berechnung auftaucht. Natürlich bedeutet es weniger Arbeit zu Laufzeit, wenn der Compiler einen Teil der Berechnung bereits während des Compilierens durchführen kann.
Wobei ich immer noch davon ausgehe, dass die Funktion selbst gar nicht das Problem ist, sondern eher die Tatsache, dass sie überhaupt so aufgerufen wird.