CS:app 读书笔记----循环体的机器级表示及优化

1.  1 int fib_w(int n)
2.  2 {
3.  3     int i = 1;
4.  4     int val = 1;
5.  5     int nval = 1;
6.  6 
7.  7     while (i<n) {
8.  8         int t = val+nval;
9.  9         val = nval;
10. 10         nval = t;
11. 11     }
12. 12     
13. 13     return val;
14. 14 } 
15. 15 

 一段写好的C程序,会经过预处理,编译,链接,生成目标代码,生成可执行代码等几个步骤.其中文本源程序经历预处理到达汇编代码的过程中,编译器会对我们的代码进行相应的优化和调整.有时候,通过阅读(编译器生成的)汇编代码,可以学到很多东西.
在这里,所使用的编译平台是IA32下的GCC(version 3.2),我自己做实验的时候机器平台是(Windows XP Mingw-gcc 4.3.2)
首先来一段很简单的C程序:

这段代码 描述的是 计算第N项fibonacci(菲波那西数列)的值.
    有关fibonacci的介绍:
     这个数列是意大利中世纪数学家斐波那契在＜算盘全书＞中提出的，这个级数的通项公式，除了具有a(n+2)=an+a(n      +1)/的性质外，还可以证明     通项公式为：an=1/√[（1＋√5/2) n-(1-√5/2) n](n=1,2,3.....） 这个通项公式中虽然    所有的an都是正整数，可是它们却是由一些无理数表示         出来的。

运行GCC

gcc -O2 fib_w.c -S

生成GUN汇编代码(GAS)

 1 movl 8(%ebp), %eax
 2 movl $1,%ebx
 3 movl $1,%ecx
 4 cmpl %eax,%ebx
 5 jge  .L9
 6 leal -1(%eax),%edx
 7 .L10:
 8 leal (%ecx,%ebx),%eax
 9 movl %ecx,%ebx
10 movl %eax,%eax
11 decl %edx
12 jnz  .L10
13 .L9:
14 
15 ---------------------------------------------------------
16 省略栈创建代码

上述代码 转换成某种扩展的C之后,是这样的

 1int fib_w_goto(int n)
 2{
 3    int val=1;
 4    int nval=1;
 5    int nmi ,it;
 6
 7    if (val >= n) 
 8        goto done;
 9    nmi = n-1;
10    
11    loop:
12        t = val+nval;
13        val = nval;
14        nval = t;
15        nmi--;
16        if(nmi)
17             goto loop;
18 
19    done:
20        return val;
21}

这里用了不推荐使用的goto语句是为了清晰的表明gcc汇编代码的处理过程.我们可以发现对于

while(bool) {
    statement;
}

这样的循环结构,gun汇编器将其转换成了do-while结构,同时为了避免可能的do循环体首次执行,添加了相应的if判断。
而且我们发现这里,并没有出现我们一开始设置的变量i,而是出现了一个nmi的新变量,她的指等于n-i;这使得编译器只使用
三个寄存器作为循环变量,而不是原来的四个寄存器;其次,他把初始判定(i<n)优化成了(val<n),这样i就彻底消失了,这在编译器中是很常见的。最后,为了循环的连续执行,要保证i<=n,这样编译器就假设nmi是非负的了.因此只需要将nmi!=0。这样就在汇编中又少了一条指令.