1

Интересует вопрос, что оптимальнее для bool операции:

if (var1) var2 = false
else var2 = true

или

var2 = !var1

Другими словами - оптимальнее сравнивать и при условии присваивать нужное значение или проще сразу присваивать отрицание?

4
  • 3
    Конечно же второй вариант. Первый мало того что медленный, ещё и запутанный.
    – Uraty
    24 янв 2017 в 11:38
  • 7
    Вы реально заботитесь об оптимизации в одну наносекунду? Вангую, что оптимизирующий компилятор сгенерирует строго одинаковый код.
    – VladD
    24 янв 2017 в 11:40
  • 2
    Если в каком-либо компиляторе первый вариант будет оптимальнее второго - это хороший повод задуматься о качестве исполнения этого компилятора.
    – αλεχολυτ
    24 янв 2017 в 13:10
  • 1
    @VladD Так и есть - см. мой ответ, в особенности для Open Watcom :)
    – Harry
    24 янв 2017 в 15:56

5 ответов 5

4

@Uraty неплохо расписал, я попробую зайти с другой стороны.

Написал два небольших метода.

private static boolean m1(boolean value) {
    boolean result;
    if (value) result = false;
    else result = true;

    return result;
}

private static boolean m2(boolean value) {
    boolean result = !value;
    return result;
}

Скомпилировал и посмотрел байткод:

private static boolean m1(boolean);
     0: iload_0
     1: ifeq          9
     4: iconst_0
     5: istore_1
     6: goto          11
     9: iconst_1
     10: istore_1
     11: iload_1
     12: ireturn

private static boolean m2(boolean);
     0: iload_0      
     1: ifne         
     4: iconst_1     
     5: goto          9
     8: iconst_0
     9: istore_1
    10: iload_1
    11: ireturn

Понимать все не обязательно, стоит лишь заметить, что в обоих методах получалось почти одинаковое число инструкций, и они почти идентичны, за исключением одной инструкции:  в методе m1() присутствует ifeq в m2() ifen - проверка на равенство и проверка на неравенство.

Можно сделать вывод, что они идентичны, но запись вида:

boolean result = !value

выглядит более лаконичней.

4
  • "в обоих методах получалось одинаковое число инструкций" - эм.. во втором же больше? 8 vs 9.
    – Qwertiy
    24 янв 2017 в 12:33
  • ах, ну да, вы правы)
    – Artem
    24 янв 2017 в 12:34
  • это байт код жавы? то есть, она обычное отрицание булевой переменной развернула в целый if-goto?
    – KoVadim
    24 янв 2017 в 15:08
  • @KoVadim ага, так и есть
    – Artem
    24 янв 2017 в 15:15
4

На С++ оптимизируется одинаково:

bool f(bool var1)
{
  bool var2 = !var1;
  return var2;
}

bool g(bool var1)
{
  bool var2;
  if (var1) var2 = false;
  else var2 = true;
  return var2;
}

превращаются в одно и то же:

f(bool):
        mov     eax, edi
        xor     eax, 1
        ret
g(bool):
        mov     eax, edi
        xor     eax, 1
        ret

Update Да, это в самом деле С++, каюсь. Ну, возьмем VC++ 2015. В режиме C++ c оптимизацией код одинаков:

g:
    cmp BYTE PTR _var1$[esp-4], 0
    sete    al
f:
    cmp BYTE PTR _var1$[esp-4], 0
    sete    al

Без оптимизации все страшно ;)

g:
    push    ebp
    mov ebp, esp
    push    ecx
    movzx   eax, BYTE PTR _var1$[ebp]
    test    eax, eax
    je  SHORT $LN2@g
    mov BYTE PTR _var2$[ebp], 0
    jmp SHORT $LN3@g
$LN2@g:
    mov BYTE PTR _var2$[ebp], 1
$LN3@g:
    mov al, BYTE PTR _var2$[ebp]
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0

f:
    push    ebp
    mov ebp, esp
    sub esp, 8
    movzx   eax, BYTE PTR _var1$[ebp]
    test    eax, eax
    jne SHORT $LN3@f
    mov DWORD PTR tv66[ebp], 1
    jmp SHORT $LN4@f
$LN3@f:
    mov DWORD PTR tv66[ebp], 0
$LN4@f:
    mov cl, BYTE PTR tv66[ebp]
    mov BYTE PTR _var2$[ebp], cl
    mov al, BYTE PTR _var2$[ebp]
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0

Т.е. длинно, но практически одинаково.

Для С код чуть подправлен:

#define  bool _Bool

bool f(bool var1)
{
  bool var2 = !var1;
  return var2;
}

bool g(bool var1)
{
  bool var2;
  if (var1) var2 = 0;
  else var2 = 1;
  return var2;
}

Получаем с оптимизацией точно то же, что и для C++:

_g  PROC                        ; COMDAT
    cmp BYTE PTR _var1$[esp-4], 0
    sete    al
    ret 0
_g  ENDP

_f  PROC                        ; COMDAT
    cmp BYTE PTR _var1$[esp-4], 0
    sete    al
    ret 0
_f  ENDP

И без оптимизации:

_g  PROC
    push    ebp
    mov ebp, esp
    push    ecx
    movzx   eax, BYTE PTR _var1$[ebp]
    test    eax, eax
    je  SHORT $LN2@g
    mov BYTE PTR _var2$[ebp], 0
    jmp SHORT $LN3@g
$LN2@g:
    mov BYTE PTR _var2$[ebp], 1
$LN3@g:
    mov al, BYTE PTR _var2$[ebp]
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0
_g  ENDP

_f  PROC
    push    ebp
    mov ebp, esp
    sub esp, 8
    movzx   eax, BYTE PTR _var1$[ebp]
    test    eax, eax
    jne SHORT $LN3@f
    mov DWORD PTR tv66[ebp], 1
    jmp SHORT $LN4@f
$LN3@f:
    mov DWORD PTR tv66[ebp], 0
$LN4@f:
    mov cl, BYTE PTR tv66[ebp]
    mov BYTE PTR _var2$[ebp], cl
    mov al, BYTE PTR _var2$[ebp]
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0
_f  ENDP

Опять же, разница есть, но очень невелика..

Если соптимизировать сами функции, объявив их как _fastcall, то получится код

test    cl, cl
sete    al

(ср. с Open Watcom ниже).

Очень забавно повел себя Open Watcom (для него пришлось заменить bool на int):

f_:
L$1:
    test        eax,eax 
    sete        al 
    movzx       eax,al 
    ret         

g_:
    jmp         L$1 

Он вообще перебросил вызов g в f! :)

Точно то же он сделал и в режиме С++ (оптимизации в обоих случаях - по умолчанию).

bool near f( bool ):
L$1:
    test        al,al 
    sete        al 
    ret         

bool near g( bool ):
    jmp         L$1 

При полной оптимизации в режиме C он просто слил обе функции:

f_:
g_:
    test        eax,eax 
    sete        al 
    movzx       eax,al 
    ret         
8
  • Не на Си, а на Си++. А без плюсов у тебя вместо bool окажется int и xor станет некорректным, т. к. из 2 надо получить 0, а не 3. Добавь для Си?
    – Qwertiy
    24 янв 2017 в 14:33
  • @Qwertiy Получилось, в общем-то, одно и то же...
    – Harry
    24 янв 2017 в 15:35
  • @Qwertiy Рекомендую посмотреть, что делает Open Watcom - это просто песня: он из g делает jmp прямо в f. Уж тут 200%, что код одинаков! :)
    – Harry
    24 янв 2017 в 15:44
  • А почему push выжил?
    – Qwertiy
    24 янв 2017 в 15:45
  • @Qwertiy А, он при вызове без ключиков вставляет проверку стека. Я ее убрал - она к делу не относится, а push'и забыл...
    – Harry
    24 янв 2017 в 15:47
2

Я пишу для микропроцессора - вот и возникла мысль, что второй вариант гораздо быстрее, просто я ассемблера не знаю.

Всё зависит от компилятора. Он может инлайнить эту функцию в место вызова и делать с ней что угодно в зависимости от окружающего кода. Вообще, я бы ожидал, что получится одинаковый код, хотя это может быть и не так.

Можно вспомнить, что в си любое нелулевое значение является истинным, поэтому само по себе инвертирование просто так не сделать. Насколько я понимаю, оно должно разложиться в инструкцию test и условный переход.

Варианты, как я бы мог написать такое на ассемблере (примерно, на уровне идей). Специально не использую ret, предполагая, что функция будет инлайниться.

  1. Самый примитивный вариант, похож на первый код безо всяких оптимизаций:

    test a
    jz ZERO
    jmp NONZERO
    ZERO: mov b 1
    jmp DONE
    NONZERO: mov b 0
    DONE: no
    

    Проверка, условный переход, присваивание, безусловный переход (не всегда).

  2. Похож на первый, немного оптимизированный:

    test a
    jz ZERO
    mov b 0
    jmp DONE
    ZERO: mov b 1
    DONE: nop
    

    Проверка, присваивание, ровно 1 переход (но в одном из двух мест).

  3. b = 0; if (!a) b = 1; оптимизированный:

    xor b, b // то же, что `mov b 0`, но быстрее
    test a
    jnz NONZERO
    mov b 1
    NONZERO: nop
    

    Для истинного a: Присваивание, проверка, переход.
    Для ложного a: Присваивание, проверка, присваивание.

Думаю, для варианта b = !a компилятор сам выберет оптимальный вариант. Это весьма простая конструкция, с которой ему должно быть проще разобраться, поэтому стоит выбирать её. Да и вообще, она читаемее.

  1. Да, и ещё фишка. Если компилятор уверен, что там 0 или 1, он может заменить инвертирование на xor вот так b = a ^ 1:

    mov b a
    xor b 1
    

    Одно перемещение и одна битовая операция.

PS: А ещё он может воспользоваться специфическими командами, которые я не знаю или не вспомнил. Или которые есть только в конкретном процессоре.

3
  • 1
    Вариант 4 хорош. В x86 есть команда sete (узнал благодаря этому вопросу и gcc -S) -- "Sets the byte in the operand to 1 if the Zero Flag is set, otherwise sets the operand to 0." / gcc -O3 использует как раз ее после testl
    – avp
    24 янв 2017 в 13:17
  • Вообще без переходов :) mov ebx, [var2] // xor eax, eax // sub ebx, 1 // adc eax, 0 // mov [var1], eax Правда, длинновато и бесполезно с учётом других вариантов.
    – PinkTux
    24 янв 2017 в 14:25
  • Именно про 4 вариант я и думал, когда задавал вопрос. Но судя по комментариям, получается, что эта операция обрабатывается в силу возможностей компилятора и как правило в результате получается либо одинаковое число шагов, либо более оптимально во втором случае. Что ж, спасибо за комментарии)
    – FoeNicks
    25 янв 2017 в 6:01
1

В случае с отрицанием должен быть создан такой набор ассемблерных команд:

  • Загрузка в регистр из оперативной памяти.
  • Операция инверсии.
  • Сохранение в оперативную память

Причем 1 и 3 - не обязательно. Зависит от того, что идет дальше и что было раньше.

При сравнении (не обязательно именно так, тут и компилятор может оптимизировать и в зависимости от процессора может другой код получится):

  • Загрузка в регистр
  • Вычитание 1
  • Проверка флага на знак и условный переход по нему
  • Сохранение в оперативную память нового значения.

Как видите разница не очень большая. Вывод?

а) Предпочитайте понятный и красивый код вместо оптимизированного.

б) Сначала тестируйте приложение или вручную, или исходя из здравого смысла, или профилировщиком, а потом уже оптимизируйте узкие места.

3
  • Я пишу для микропроцессора - вот и возникла мысль, что второй вариант гораздо быстрее, просто я ассемблера не знаю.
    – FoeNicks
    24 янв 2017 в 12:10
  • Какой-то сомнительный список с набором команд. Это не команды. И операции инверсии не существует. Там же будет test, затем jz, не?
    – Qwertiy
    24 янв 2017 в 12:32
  • Я не претендую на супер точность, я предполагаю лишь, что команды будут такими. И почему это не существует? В некоторых процессорах есть команда Not
    – Uraty
    24 янв 2017 в 14:38
1

Так называемая "оптимизация" этого фрагмента кода абсолютно никак не скажется на производительность вашей программы. А вот на читабельность и понимание вашей программы очень может сказаться.

Данный фрагмент кода

if (var1) var2 = false;
else var2 = true;

выглядит очень запутанно. Не сразу видно, что var2 - это отрицание var1.

Чтобы было еще более наглядно видно, что этот код запутанный, представьте, что в этом месте надо выйти из функции. Тогда вам придется писать.

if (var1) var2 = false;
else var2 = true;
return var2;

Данный же фрагмент кода

var2 = !var1;

более ясный. Из него сразу же видно, что значением переменной var2 является отрицание значения переменной var1. С дополнительным предложением return все может быть записано в одну строчку

return !var1;

Или если нужно, чтобы переменная var2 обязательно получила значение, то

return  var2 = !var1;

Более того, например в C++ без всяких дополнительных включений, вы можете написать даже так

return not var1;

Или

return  var2 = not var1;

В C для этого достаточно будет включить заголовок <iso646.h>

Более того в том же C++ можно объявлять переменные в условиях. Поэтому если переменная используется только, например, в теле предложения if или в цикле, то можно написать

if ( bool var2 = not var1 )
{
    // using var2
}

или

while ( bool var2 = not var1 )
{
    //...
}

И даже в C, где нельзя объявлять переменные в условиях, тем не менее лучше записать

bool var2;

while ( var2 = !var1 )
{
   // changing of var1
}
1
  • 1
    Ну для микроконтроллеров может и сказаться. Причём, как в плане объёма кода, так и в плане скорости. Впрочем, если это так, то стоило сразу писать на ассемблере и не мучиться.
    – Qwertiy
    24 янв 2017 в 12:54

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.