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关于for,while,dowhile效率测试

分类： C/C++

2015-01-22 16:00:58

引言

　　最近上班想到书中所说的每种循环的执行效率是不同的，而具体情况是怎么样我也记不清了，乘着有时间来研究研究，所以写下了这片博文。本文通过查看汇编代码比较各循环的效率以及i++,++i,i--,--i在循环中使用的效率问题，仅供抛砖引玉，测试平台操作系统为ubuntu，CPU为intel i5 4440，编译器为gcc-4.8.2。

测试代码1

　　此段代码我们主要测试在i--,--i,i++,++i的情况下，for循环、dowhile循环、while循环之间的执行效率情况。

  1. #include <stdio.h>

  3. /* 用于测试i--的while，for，dowhile循环情况 */
  4. void minus1 (void)
  5. {
  6.     int i = 10;

  8.     /* i-- while循环 */
  9.     while (i--)
  10.         ;

  12.     i = 10;

  14.     /* i-- dowhile循环 */
  15.     do
  16.         ;
  17.     while (i--);

  19.     /* i-- for循环 */
  20.     for (i = 10; i != 0; i--)
  21.         ;
  22. }

  24. /* 用于测试--i的while，for，dowhile循环情况 */
  25. void minus (void)
  26. {
  27.     int i = 10;

  29.     /* --i while循环 */
  30.     while (--i)
  31.         ;

  33.     i = 10;

  35.     /* --i dowhile循环 */
  36.     do
  37.         ;
  38.     while (--i);

  40.     /* --i for循环 */
  41.     for (i = 10; i != 0; --i)
  42.         ;
  43. }

  45. /* 用于测试i++的while，for，dowhile循环情况 */
  46. void plus1 (void)
  47. {
  48.     int i = 0;

  50.     /* i++ while循环 */
  51.     while (i++ < 10)
  52.         ;

  54.     i = 0;

  56.     /* i++ dowhile循环 */
  57.     do
  58.         ;
  59.     while (i++ < 10);

  61.     /* i++ for循环 */
  62.     for (i = 0; i < 10; i++)
  63.         ;
  64. }

  66. /* 用于测试++i的while，for，dowhile循环情况 */
  67. void plus (void)
  68. {
  69.     int i = 0;

  71.     /* ++i while循环 */
  72.     while (++i < 10)
  73.         ;

  75.     i = 0;

  77.     /* ++i dowhile循环 */
  78.     do
  79.         ;
  80.     while (++i < 10);

  82.     /* ++i for循环 */
  83.     for (i = 0; i < 10; ++i)
  84.         ;
  85. }


  88. int main (int argc, char * argv[])
  89. {
  90.     return 0;
  91. }

    好的，通过以上简单的代码，在linux下编译时加上{-g -Wall}，再用{objdump -S 执行文件}命令即可查看运行文件的汇编代码，具体如下

  1. #include <stdio.h>

  3. void minus1 (void)
  4. {
  5.   4004ed:    55     push %rbp
  6.   4004ee:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
  7.     int i = 10;
  8.   4004f1:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)             # i = 10

  10.     while (i--)                                                        # while (i--)
  11.   4004f8:    90     nop                                                # 空指令
  12.   4004f9:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                          # eax = i                                        主循环
  13.   4004fc:    8d 50 ff     lea -0x1(%rax),%edx                          # edx = rax - 1(rax的低32位为eax)                 主循环
  14.   4004ff:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                          # i = edx                                        主循环
  15.   400502:    85 c0     test %eax,%eax                                  # 等同于(i & i), 如果i不等于0,则结果也不为0          主循环
  16.   400504:    75 f3     jne 4004f9 <minus1+0xc>                         # 不等于0则跳转至4004f9                            主循环
  17.         ;

  19.     i = 10;
  20.   400506:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)             # i = 10

  22.     do
  23.         ;
  24.     while (i--);                                                       # do ... while (i--);
  25.   40050d:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                          # eax = i                                        主循环
  26.   400510:    8d 50 ff     lea -0x1(%rax),%edx                          # edx = rax - 1(rax的低32位为eax)                 主循环
  27.   400513:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                          # i = edx                                        主循环
  28.   400516:    85 c0     test %eax,%eax                                  # 等同于(i & i), 如果i不等于0,则结果也不为0          主循环
  29.   400518:    75 f3     jne 40050d <minus1+0x20>                        # 不等于0则跳转至40050d                            主循环

  31.     for (i = 10; i != 0; i--)                                          # for (i = 10; i != 0; i--)
  32.   40051a:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)             # i = 10
  33.   400521:    eb 04     jmp 400527 <minus1+0x3a>                        # 跳转至400527
  34.   400523:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                      # i = i - 1                                      主循环
  35.   400527:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                      # i与0进行比较                                    主循环
  36.   40052b:    75 f6     jne 400523 <minus1+0x36>                        # 比较结果不等于0则跳转至400523                     主循环
  37.         ;
  38. }

  40. void minus (void)
  41. {
  42.   40052f:    55     push %rbp
  43.   400530:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
  44.     int i = 10;
  45.   400533:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)

  47.     while (--i)                                                     # while (--i)
  48.   40053a:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                   # i = i - 1                                        主循环
  49.   40053e:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                   # i与0比较                                          主循环
  50.   400542:    75 f6     jne 40053a <minus+0xb>                       # 比较结果不等于0则跳转至40053a                       主循环
  51.         ;

  53.     i = 10;
  54.   400544:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)

  56.     do
  57.         ;
  58.     while (--i);                                                     # do ... while (--i);
  59.   40054b:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i - 1                                       主循环
  60.   40054f:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                    # i与0比较                                         主循环
  61.   400553:    75 f6     jne 40054b <minus+0x1c>                       # 比较结果不等于0则跳转至40054b                      主循环

  63.     for (i = 10; i != 0; --i)                                        # for (i = 10; i != 0; --i)
  64.   400555:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)           # i = 10
  65.   40055c:    eb 04     jmp 400562 <minus+0x33>                       # 跳转至400562
  66.   40055e:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i - 1                                       主循环
  67.   400562:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                    # i与0比较                                         主循环
  68.   400566:    75 f6     jne 40055e <minus+0x2f>                       # 比较结果不等于0则跳转至40055e                      主循环
  69.         ;
  70. }

  72. void plus1 (void)
  73. {
  74.   40056a:    55     push %rbp
  75.   40056b:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
  76.     int i = 0;
  77.   40056e:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)

  79.     while (i++ < 10)                                                 # while (i++ < 10)     
  80.   400575:    90     nop
  81.   400576:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                        # eax = i                                         主循环
  82.   400579:    8d 50 01     lea 0x1(%rax),%edx                         # edx = rax + 1(rax的低32位为eax)                  主循环
  83.   40057c:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                        # i = edx                                         主循环
  84.   40057f:    83 f8 09     cmp $0x9,%eax                              # eax与9比较                                       主循环
  85.   400582:    7e f2     jle 400576 <plus1+0xc>                        # 比较结果不成立则跳转至400576                       主循环
  86.         ;

  88.     i = 0;
  89.   400584:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)

  91.     do
  92.         ;
  93.     while (i++ < 10);                                                # while (i++ < 10);
  94.   40058b:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                        # eax = i                                         主循环
  95.   40058e:    8d 50 01     lea 0x1(%rax),%edx                         # edx = rax + 1(rax的低32位为eax)                  主循环
  96.   400591:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                        # i = edx                                         主循环
  97.   400594:    83 f8 09     cmp $0x9,%eax                              # eax与9比较                                       主循环
  98.   400597:    7e f2     jle 40058b <plus1+0x21>                       # 比较结果不成立则跳转至40058b                       主循环

  100.     for (i = 0; i < 10; i++)                                         # for (i = 0; i < 10; i++)
  101.   400599:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)           # i = 0                                         
  102.   4005a0:    eb 04     jmp 4005a6 <plus1+0x3c>                       # 跳转至4005a6                                     
  103.   4005a2:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                       主循环
  104.   4005a6:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                         主循环
  105.   4005aa:    7e f6     jle 4005a2 <plus1+0x38>                       # 比较结果不成立则跳转至4005a2                       主循环
  106.         ;
  107. }

  109. void plus (void)
  110. {
  111.   4005ae:    55     push %rbp
  112.   4005af:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
  113.     int i = 0;
  114.   4005b2:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)

  116.     while (++i < 10)                                                 # while (++i < 10)
  117.   4005b9:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                      主循环
  118.   4005bd:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                        主循环
  119.   4005c1:    7e f6     jle 4005b9 <plus+0xb>                         # 比较结果不成立则跳转至4005b9                       主循环
  120.         ;

  122.     i = 0;
  123.   4005c3:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)

  125.     do
  126.         ;
  127.     while (++i < 10);                                                # while (++i < 10);
  128.   4005ca:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                      主循环
  129.   4005ce:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                        主循环
  130.   4005d2:    7e f6     jle 4005ca <plus+0x1c>                        # 比较结果不成立则跳转至4005b9                      主循环

  132.     for (i = 0; i < 10; ++i)                                         # for (i = 0; i < 10; ++i)
  133.   4005d4:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)           # i = 0
  134.   4005db:    eb 04     jmp 4005e1 <plus+0x33>                        # 跳转至4005e1
  135.   4005dd:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                       主循环
  136.   4005e1:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                         主循环
  137.   4005e5:    7e f6     jle 4005dd <plus+0x2f>                        # 比较结果不成立则跳转至4005dd                       主循环
  138.         ;
  139. }

根据上述汇编代码，将其制成表格

 while主循环指令数 do...while主循环指令数 for主循环指令数
i-- 5 5 3
--i 3 3 3
i++ 5 5 3
++i 3 3 3

小结

    根据表格可清楚地看出，在while循环，do...while循环和for循环中，最优的循环效率为3条汇编指令，最不理想的情况为5条指令，对应的5条指令是在while循环和do...while循环中使用i--和i++控制循环的情况下产生的，效率较低，而其他情况下都为3条指令实现循环。在其中比较突出的是for循环，在for循环中无论使用i--,--i,i++还是++i控制循环都是最优的3条指令结构。而使用--i和++i控制循环结构的情况下，无论哪一种循环都是最优的主循环结构（3条指令）。



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