Assembly LEA还是ADD指令？

当我进行手写汇编时，我通常选择表格

lea eax, [eax+4]

在表格上

add eax, 4

我听说lea是一个“0时钟”指令（像NOP），而add不是。然而，当我查看编译器生成的程序集时，我经常看到使用后一种形式，而不是第一种形式。我很聪明，可以信任编译器，所以谁能告诉我哪一个更好？哪一个更快？为什么编译器选择后者而不是前者

我很聪明，可以信任编译器，所以谁能告诉我哪一个更好

是的，有一点。首先，我从以下信息中得出这一结论：

在本文中，一位开发人员优化了一些我写得非常糟糕的程序集，使其在Intel Core 2处理器中快速运行。作为这个项目的背景，它是一个bsd bignum库，我和其他一些开发人员都参与了这个库

在本例中，所要优化的只是添加两个如下所示的阵列：

uint64\u t*x，uint64\u t*y

。数组的每个“肢体”或成员表示bignum的一部分；基本过程是从最不重要的分支开始对其进行迭代，将该对相加并继续向上，每次向上传递进位（任何溢出）<代码>adc在处理器上为您执行此操作（我认为不可能从C访问进位标志）

在这段代码中，使用了

lea something、[something+1]

和

jrcxz

的组合，这显然比我们以前可能使用的

jnz

/

add something，size

对更有效。然而，我不确定这是否仅仅是测试不同指令的结果。你得问问

然而，在随后的消息中，它是在AMD芯片上测量的，性能不太好

我还了解不同的操作在不同的处理器上执行的不同。例如，我知道GMP项目使用

cpuid

检测处理器，并根据不同的体系结构传入不同的组装例程，例如

core2

，

nehalem

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您必须问自己的问题是，编译器是否为您的cpu体系结构生成优化的输出？例如，众所周知，英特尔编译器可以做到这一点，因此可能值得测量性能并查看它产生的输出。

LEA并不比ADD指令快，执行速度是相同的

但是。 如果我们需要简单和快速的加法/乘法与第二寄存器相结合，LEA可以加速程序执行。

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另一方面，LEA不会影响CPU标志，因此没有溢出检测的可能性。

x86 CPU上的

LEA

和

ADD

之间的一个显著区别是实际执行指令的执行单元。现代的x86 CPU是超标量的，有多个并行运行的执行单元，管道为它们提供有点像循环（bar stalls）。问题是，

LEA

由（其中一个）处理寻址的单元（发生在管道的早期阶段）处理，

ADD

进入ALU（算术/逻辑单元），然后进入管道的后期。这意味着超标量x86 CPU可以同时执行

LEA

和算术/逻辑指令

LEA

通过地址生成逻辑而不是算术单元，这也是它过去被称为“零时钟”的原因；它不需要时间执行，因为地址生成在执行时已经发生了

它不是免费的，因为地址生成是执行管道中的一个步骤，但它没有执行开销。而且它不占用ALU管道中的插槽

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编辑：为了澄清，

LEA

不是免费的。即使在不通过算术单元实现它的CPU上，由于所有指令都经过指令解码/分派/失效和/或其他流水线阶段，执行也需要时间。对于通过地址生成实现LEA的CPU来说，执行LEA所需的时间只发生在管道的不同阶段。

您可以像加法操作一样在相同的时钟周期内执行LEA指令，但如果您使用LEA并将其相加，则可以在一个周期内执行三个操作数的加法！如果要使用两个只能在2个时钟周期内执行的加法操作：

mov eax, [esp+4]   ; get a from stack
mov edx, [esp+8]   ; get b from stack
mov ecx, [esp+12]  ; get c from stack
lea eax, [eax+edx] ; add a and b in the adress decoding/fetch stage of the pipeline
add eax, ecx       ; Add c + eax in the execution stage of the pipeline
ret 12

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主要原因是下一步。正如您可以注意到的，如果仔细观察x86，这个ISA是两个地址。每个指令最多接受两个参数。因此，操作的语义如下：

DST = DST <operation> SRC

但接下来的用例很常见：

LEA EAX, [ECX      +12] // there is no single-instruction equivalent
LEA EAX, [ECX+EDX*4+12] // there is no single-instruction equivalent
LEA EDX, [ECX+EDX*4+12] // there is no single-instruction equivalent

事实上，想象下一个场景，假设EBP的价值应保留以备将来使用：

LEA EAX, [EBP+12]
LEA EDX, [EBP+48]

只要两个指令！但如果没有LEA，代码将是下一个

MOV EAX, EBP
MOV EDX, EBP
ADD EAX, 12
ADD EDX, 48

我相信使用LEA的好处现在应该是显而易见的。您可以尝试替换此说明

LEA EDX, [ECX+EDX*4+12] // there is no single-instruction equivalent

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基于添加的代码

如果任何指令实际上在做有用的工作，它怎么可能是“零时钟”指令？它是零时钟指令，因为所有需要的工作都是在解码步骤中完成的-当CPU解码指令时，偏移量无论如何都是从MODRM/SIB计算出来的。至少这是我的理论。另外，我确切地知道lea指令是什么以及它的作用是什么——我的问题是关于lea与add，而不是lea与mov（这是一个巨大的区别——在没有访问内存的情况下，你不能在“mov”中使用置换）。很久以前，回到最初的奔腾，这是真的。现代编译器为以后的内核生成代码。手工优化机器代码的时代已经结束了。它过去很便宜（不是免费的），因为它在旧芯片上使用专用的地址计算硬件，并为您带来了一些并行性。在当前的CPU上，两条指令都可能

MOV EAX, EBP
MOV EDX, EBP
ADD EAX, 12
ADD EDX, 48

LEA EDX, [ECX+EDX*4+12] // there is no single-instruction equivalent