C语言中访问指针有多少条指令？

Question

我试图计算出访问 C 中的指针需要多少个时钟周期或总指令。我认为我不知道如何计算出例如 p->x = d->a + f->; b

我会假设每个指针有两个负载，只是猜测会有一个指针负载和一个值负载。因此，在这个操作中，指针分辨率将是比实际加法更大的因素，就试图加快这段代码而言，对吧？

这可能取决于所实现的编译器和架构，但我走在正确的轨道上吗？

我见过一些代码，其中使用的每个值（例如 3 个加法）都来自一种

 f2->sum = p1->p2->p3->x + p1->p2->p3->a + p1->p2->p3->m

结构类型，我试图定义这有多糟糕

Answer 1

这取决于手头的架构。

某些体系结构可以引用/取消引用指令的内存，而无需先将其加载到寄存器中，而其他体系结构则不然。某些体系结构没有计算偏移量以供您取消引用的指令概念，并且会让您加载内存地址，将偏移量添加到其中，然后允许您取消引用内存位置。我确信芯片与芯片之间存在更多差异。

一旦你克服了这些问题，每条指令也会花费不同的时间，具体取决于架构。但老实说，这是一个非常非常小的开销。

对于取消引用一系列项目的直接问题，速度会变得缓慢，因为您在取消引用链中走得越远，引用的位置可能就越差。这意味着更多的缓存未命中，这意味着更多地访问主内存（或磁盘！）来获取数据。与 CPU 相比，主存的速度非常慢。

Answer 2

有些 IDE（例如 VisualStudio）允许您查看生成的程序集以及源代码。

如何使用 Visual 查看代码背后的程序集C++？

然后您就可以看到您的确切架构和实现是什么样子。

如果您使用 GDB（linux、mac），请使用 disassemble

(gdb) disas 0x32c4 0x32e4
Dump of assembler code from 0x32c4 to 0x32e4:
0x32c4 <main+204>:      addil 0,dp
0x32c8 <main+208>:      ldw 0x22c(sr0,r1),r26
0x32cc <main+212>:      ldil 0x3000,r31
0x32d0 <main+216>:      ble 0x3f8(sr4,r31)
0x32d4 <main+220>:      ldo 0(r31),rp
0x32d8 <main+224>:      addil -0x800,dp
0x32dc <main+228>:      ldo 0x588(r1),r26
0x32e0 <main+232>:      ldil 0x3000,r31
End of assembler dump.

Answer 3

取决于你在做什么，一个简单的指针取消引用 y = *z;

int x = 1;
int* z = &x;
int y;

可能会在 x86 上组装成类似的东西：

mov eax, [z]
mov eax, [eax]
mov [y], eax

并且 y = x 仍然会进行内存取消引用：

mov eax, [x]
mov [y], eax

将指令移至内存大约需要 2-4 个周期 IIRC。

不过，如果您从完全随机的位置加载内存，则会导致大量页面错误，从而导致数百个时钟周期被浪费。

Answer 4

在可能的情况下，编译器将通过在寄存器中保留重复使用的基址来为您消除该开销（例如，示例中的 p1->p2->p3）。

但是，有时编译器无法确定哪些指针可能与函数中使用的其他指针别名 - 这意味着它必须退回到非常保守的位置，并频繁地从指针重新加载值。

这就是 C99 的 restrict 关键字可以提供帮助的地方。当某些指针永远不会被函数范围内的其他指针别名时，它可以让您通知编译器，从而可以提高优化效果。

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例如，采用以下函数：

struct xyz {
    int val1;
    int val2;
    int val3;
};

struct abc {
    struct xyz *p2;
};

int foo(struct abc *p1)
{
    int sum;

    sum = p1->p2->val1 + p1->p2->val2 + p1->p2->val3;

    return sum;
}

在优化级别 -O1 的 gcc 4.3.2 下，它编译为以下 x86 代码：

foo:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    (%eax), %edx
    movl    4(%edx), %eax
    addl    (%edx), %eax
    addl    8(%edx), %eax
    popl    %ebp
    ret

如您所见，它仅引用 p1 一次 -它将 p1->p2 的值保存在 %edx 寄存器中，并使用它三次从该结构中获取三个值。