C++ 位移位效率

短字节上的位移位（至少1个位置）比整数上的位移位（对于AMD64或x86体系结构）快吗（需要更少的CPU周期）？我怀疑答案是否定的，因为在这两种情况下都将使用相同的32位或64位CPU指令，并且这两种指令都将占用相同的时钟周期。这是真的吗？

我之前发布的代码不正确。尽管代码包含移位，但由于结果未存储，编译器只是跳过了移位。下面是一个简单的int示例：

void main() {
    int value = 0;
    value = value << 3;
}

void foo() {
    short value = 0;
    value = value << 3;
}

简短示例生成：

    .file   "main.c"
    .text
    .globl  _Z3foov
    .def    _Z3foov;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .seh_proc   _Z3foov
_Z3foov:
.LFB0:
    pushq   %rbp
    .seh_pushreg    %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    .seh_setframe   %rbp, 0
    subq    $16, %rsp
    .seh_stackalloc 16
    .seh_endprologue
    movl    $0, -4(%rbp)
    sall    $3, -4(%rbp)
    nop
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    ret
    .seh_endproc
    .ident  "GCC: (GNU) 5.4.0"

    .file   "main.c"
    .text
    .globl  _Z3foov
    .def    _Z3foov;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .seh_proc   _Z3foov
_Z3foov:
.LFB0:
    pushq   %rbp
    .seh_pushreg    %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    .seh_setframe   %rbp, 0
    subq    $16, %rsp
    .seh_stackalloc 16
    .seh_endprologue
    movw    $0, -2(%rbp)
    movswl  -2(%rbp), %eax
    sall    $3, %eax
    movw    %ax, -2(%rbp)
    nop
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    ret
    .seh_endproc
    .ident  "GCC: (GNU) 5.4.0"

简短的示例执行：

movw    $0, -2(%rbp)
movswl  -2(%rbp), %eax
sall    $3, %eax
movw    %ax, -2(%rbp)

movl    $0, -4(%rbp)
sall    $3, -4(%rbp)

整数示例执行：

movw    $0, -2(%rbp)
movswl  -2(%rbp), %eax
sall    $3, %eax
movw    %ax, -2(%rbp)

movl    $0, -4(%rbp)
sall    $3, -4(%rbp)

---

因此，在没有任何编译器优化的情况下，整数移位实际上更快。

我之前发布的代码不正确。尽管代码包含移位，但由于结果未存储，编译器只是跳过了移位。下面是一个简单的int示例：

void main() {
    int value = 0;
    value = value << 3;
}

void foo() {
    short value = 0;
    value = value << 3;
}

简短示例生成：

    .file   "main.c"
    .text
    .globl  _Z3foov
    .def    _Z3foov;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .seh_proc   _Z3foov
_Z3foov:
.LFB0:
    pushq   %rbp
    .seh_pushreg    %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    .seh_setframe   %rbp, 0
    subq    $16, %rsp
    .seh_stackalloc 16
    .seh_endprologue
    movl    $0, -4(%rbp)
    sall    $3, -4(%rbp)
    nop
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    ret
    .seh_endproc
    .ident  "GCC: (GNU) 5.4.0"

    .file   "main.c"
    .text
    .globl  _Z3foov
    .def    _Z3foov;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .seh_proc   _Z3foov
_Z3foov:
.LFB0:
    pushq   %rbp
    .seh_pushreg    %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    .seh_setframe   %rbp, 0
    subq    $16, %rsp
    .seh_stackalloc 16
    .seh_endprologue
    movw    $0, -2(%rbp)
    movswl  -2(%rbp), %eax
    sall    $3, %eax
    movw    %ax, -2(%rbp)
    nop
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    ret
    .seh_endproc
    .ident  "GCC: (GNU) 5.4.0"

简短的示例执行：

movw    $0, -2(%rbp)
movswl  -2(%rbp), %eax
sall    $3, %eax
movw    %ax, -2(%rbp)

movl    $0, -4(%rbp)
sall    $3, -4(%rbp)

整数示例执行：

movw    $0, -2(%rbp)
movswl  -2(%rbp), %eax
sall    $3, %eax
movw    %ax, -2(%rbp)

movl    $0, -4(%rbp)
sall    $3, -4(%rbp)

---

因此，在没有任何编译器优化的情况下，整数移位实际上更快。

视情况而定。一般来说，如果您有一个N位处理器，那么最有可能的是，任何高达N位的数据都需要相同的时间进行移位，较大的变量需要更长的时间。如果要对字节执行操作，但要确保使用大小合适的整数来提高速度，请使用类型

uint\u fast8\t

但是：如果在循环中进行位移位，那么编译器可能能够对代码进行矢量化。如果处理器带有SSE2指令，它可以在一条指令中执行8个16位移位。如果您有AVX甚至AVX512，那么它可以在一条指令中执行16位甚至32位16位移位。然而，这是否比使用常规指令更有效，取决于将许多变量加载到SSE寄存器中的容易程度，以及您是否对它们进行了更多的操作，而不仅仅是位移位

查看编译器的汇编程序输出很有帮助（例如，使用

gcc-save temps

编译程序并查看生成的

.s

文件）。请注意，选择的优化级别对生成的汇编程序有很大影响

---

确定最快变量大小的最佳方法就是测量它。

这取决于它。一般来说，如果您有一个N位处理器，那么最有可能的是，任何高达N位的数据都需要相同的时间进行移位，较大的变量需要更长的时间。如果要对字节执行操作，但要确保使用大小合适的整数来提高速度，请使用类型

uint\u fast8\t

但是：如果在循环中进行位移位，那么编译器可能能够对代码进行矢量化。如果处理器带有SSE2指令，它可以在一条指令中执行8个16位移位。如果您有AVX甚至AVX512，那么它可以在一条指令中执行16位甚至32位16位移位。然而，这是否比使用常规指令更有效，取决于将许多变量加载到SSE寄存器中的容易程度，以及您是否对它们进行了更多的操作，而不仅仅是位移位

查看编译器的汇编程序输出很有帮助（例如，使用

gcc-save temps

编译程序并查看生成的

.s

文件）。请注意，选择的优化级别对生成的汇编程序有很大影响

---

确定最快变量大小的最佳方法就是测量它。

我的假设是8位或16位（无符号）整数上的移位与32位字机上32位量上的移位相同

大多数32位字大小处理器在内部以32位数量运行。桶形移位器、算术单元等设计用于32位操作。数据获取机制将在移位操作发生之前将8位或16位数量转换为32位数量。32位的数量不需要任何调整，所以较小的整数可能会有轻微的延迟

另一方面，可能有处理器具有8位或16位大小整数的特殊数据路径

验证的方法是在您的系统和其他目标系统上配置文件

---

另外，问问自己执行时间差是重要还是重要。

我的假设是，8位或16位（无符号）整数上的移位与32位字机上32位量上的移位相同

大多数32位字大小处理器在内部以32位数量运行。桶形移位器、算术单元等设计用于32位操作。数据获取机制将在移位操作发生之前将8位或16位数量转换为32位数量。32位的数量不需要任何调整，所以较小的整数可能会有轻微的延迟

另一方面，可能有处理器具有8位或16位大小整数的特殊数据路径

验证的方法是在您的系统和其他目标系统上配置文件

---

另外，问问自己执行时间差是重要还是重要。

硬件上的基准测试说明了什么？为您的用例发出了什么机器代码？这里的最佳选择是对正确表示您的问题的示例进行基准测试。有许多问题与单个指令所消耗的周期无关，这些周期可以加速或减慢程序（加载/存储、simd等）。短字节上的位移位（至少1个位置）比整数上的位移位（对于AMD64或x86体系结构）快还是快（需要更少的CPU周期）？不。你的问题的答案是否定的，32位x86 CPU将字节/短字节存储为32位变量，但考虑到现代CPU上使用管道的一条指令性能，超标量和推测执行没有任何意义。硬件上的基准测试说明了什么？发出什么机器代码供您使用