Zunächst habe ich die Beispiele aus dem Video nachgestellt und meine erste Erkenntnis war, dass der Verfasser des Videos nicht alles gesagt oder dass ich einiges überhört habe - die im Video gezeigten Assembler-Fragmente entstehen nämlich beim Übersetzen mit GCC nicht, wenn man nicht die Optimierungen aktiviert.

Der Code des Beispiels

int max(int a, int b)
{
    if(a>b)
        return a;
    else
        return b;
}

Sieht bei einer Übersetzung mittels gcc -S te.c so aus:

max:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        pushq   %rbp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset 6, -16
        movq    %rsp, %rbp
        .cfi_def_cfa_register 6
        movl    %edi, -4(%rbp)
        movl    %esi, -8(%rbp)
        movl    -4(%rbp), %eax
        cmpl    -8(%rbp), %eax
        jle     .L2
        movl    -4(%rbp), %eax
        jmp     .L3
.L2:
        movl    -8(%rbp), %eax
.L3:
        popq    %rbp
        .cfi_def_cfa 7, 8
        ret
        .cfi_endproc

Erst wenn man die Optimierungen aktiviert - wie zum Beipiel mittels gcc -S -O5 te.c erhält man die im Video angesprochene Version ohne Sprünge:

max:
.LFB23:
        .cfi_startproc
        cmpl    %esi, %edi
        movl    %esi, %eax
        cmovge  %edi, %eax
        ret
        .cfi_endproc

In diesem Fall zeigt sich auch die Bestätigung der im Video bereits gemachten Aussage: In trivialen Fällen bringt es nichts, selbst zu versuchen, Sprünge zu verhindern - etwa mit diesem (dem Video entnommenen) Code:

int max1(int a, int b)
{
    return a*(a>b)+b*(a<=b);
}

Der erzeugt nämlich optimiert etwas längeren und damit ineffizienteren Maschinencode:

max1:
.LFB24:
        .cfi_startproc
        xorl    %eax, %eax
        cmpl    %esi, %edi
        setg    %al
        imull   %edi, %eax
        movl    %eax, %edx
        xorl    %eax, %eax
        cmpl    %esi, %edi
        setle   %al
        imull   %eax, %esi
        leal    (%rdx,%rsi), %eax
        ret
        .cfi_endproc

Wie sieht es aber für komplexere Beispiele aus? Ich habe (ebenfalls dem Video nachempfunden) auch ein etwas komplexeres Beispiel untersucht. Der C-Quelltext für beide Varianten sieht wie folgt aus:

int toUpper(char *buf)
{
    char *pointer=buf;
    while(*pointer!=0)
    {
        char pointedAt=*pointer;
        if((pointedAt>='a')&&(pointedAt<='z'))
        {
            *pointer=pointedAt-32;
        }
        ++pointer;
    }
}
int toUpper1(char *buf)
{
    char *pointer=buf;
    while(*pointer!=0)
    {
        char pointedAt=*pointer;
        int a=((pointedAt>='a')&&(pointedAt<='z'));
        *pointer=pointedAt-(32*a);
        ++pointer;
    }
}

Der dazu korrespondierende Maschinencode - ebenfalls wider mit -O5 übersetzt ergibt sich zu:

toUpper:
.LFB25:
        .cfi_startproc
.L10:
        movzbl  (%rdi), %eax
        testb   %al, %al
        je      .L6
.L5:
        leal    -97(%rax), %edx
        cmpb    $25, %dl
        ja      .L7
        subl    $32, %eax
        addq    $1, %rdi
        movb    %al, -1(%rdi)
        movzbl  (%rdi), %eax
        testb   %al, %al
        jne     .L5
.L6:
        rep ret
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L7:
        addq    $1, %rdi
        jmp     .L10
        .cfi_endproc

toUpper1:
.LFB26:
        .cfi_startproc
        jmp     .L18
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L13:
        leal    -97(%rax), %edx
        cmpb    $25, %dl
        setbe   %dl
        addq    $1, %rdi
        sall    $5, %edx
        subl    %edx, %eax
        movb    %al, -1(%rdi)
.L18:
        movzbl  (%rdi), %eax
        testb   %al, %al
        jne     .L13
        rep ret
        .cfi_endproc

Hier kann man mehrere Dinge erkennen:

  • Die Branchless-Methode kommt nicht ganz ohne Sprünge aus - schließlich ist eine Schleife enthalten. Das könnte man nur durch Loop Unrolling verhindern - allerdings kann das die Nebenwirkung haben, damit den Cache explodieren zu lassen.
  • Die Branchless-Methode kommt mit deutlich weniger Sprüngen aus - innerhalb der Schleife sogar gänzlich ohne. Das lässt darauf hoffen, dass die Performance der Lösung etwas höher ist.
  • Die Branchless-Variante ist von der anzahl der Meschinenbefehle her sogar etwas kürzer, was nochmals auf eine Performance.Steigerung hoffen lässt.

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