3(magic 2)
在編碼的時候，編譯器生成什麼樣的代碼，往往我們是不清楚的，但一旦清楚了以後，就能利用這種性質來做一些優化，當然這種優化可能是有限的，但在累積的效應下，這些優化會顯得很大，比如每天省1毛錢，省一輩子，也是一筆不小的開銷。
我們來用一段簡單的代碼來說明這個問題，下面這段代碼可能太平平無奇了，其中結構體test_1是3個字節，而test_2是4個字節，為了讓test_2湊夠2的倍數，特別加了一個padding字段。
詳細的過程參見代碼和附帶的註釋信息，我們把最後的結論提前，因為代碼和分析有點長。
結論如下：
1）在結構體大小的選擇上，我們儘可能選擇2的冪，2，4，8，16
2）在做乘法時，儘可能選擇2的冪，這樣可以大大加快計算速度。
3）在設定一些變量時，儘可能選擇2的冪，512，1024，而不是選擇整數例如500，1000，這在計算上都可能帶來低效。
最後本文介紹了gdb單步調試彙編的一些技巧，如果看寄存器的話，還可以加上display $rsp等命令，以後會有例子用到。
我的實驗環境為64位系統，32位也基本類似，希望有興趣的讀者可以自行實驗，獲得更加真實的體驗。
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
struct test_1
{
char a;
char b;
char c;
};
struct test_2
{
char a;
char b;
char c;
char padding;
};
int main(void)
{
int a,b,c,d;
a = 0;
b = 1;
c = 2;
a *= 2;
b *= 3;
c *= 4;
d *= 50;
//////////////乘法和加法的關係////////////////////////////
test_1* p = (test_1*)malloc(10*sizeof(test_1));
test_2* q = (test_2*)malloc(10*sizeof(test_2));
printf("sizeof test_1:%d,test_2:%d/n",sizeof(test_1),sizeof(test_2));
//////////////結構體大小是2的倍數的好處///////////////////
for(int i=0;i<10;++i)
{
p[i].a = '0';
q[i].a = '1';
}
return 0;
}
以上程序用g++ -g test.cpp -o test生成可執行程序。我們這裡都沒有使用編譯器優化，有興趣的讀者可以看看
g++ -O3 -g test.cpp -o test後的代碼，很多地方在編譯過程中就被略去了。
可用objdump -d test看彙編代碼，我們下面只給出gdp單步調試的過程。
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x4005c0: file test.cpp, line 22.
(gdb) r
Starting program: /opt/intel/vtune/test/esp/test
Breakpoint 1, main () at test.cpp:22
22 a = 0;
(gdb) display /i $pc
1: x/i $pc 0x4005c0 <main+8>: movl $0x0,0xffffffffffffffd8(%rbp)
(gdb) ni
23 b = 1;
1: x/i $pc 0x4005c7 <main+15>: movl $0x1,0xffffffffffffffdc(%rbp)
(gdb)
24 c = 2;
1: x/i $pc 0x4005ce <main+22>: movl $0x2,0xffffffffffffffe0(%rbp)
(gdb)
25 a *= 2;
1: x/i $pc 0x4005d5 <main+29>: shll 0xffffffffffffffd8(%rbp) //乘2的情況下，只需要一個shll指令就能完成
(gdb)
26 b *= 3;
1: x/i $pc 0x4005d8 <main+32>: mov 0xffffffffffffffdc(%rbp),%edx
(gdb)
0x00000000004005db 26 b *= 3;
1: x/i $pc 0x4005db <main+35>: mov %edx,%eax
(gdb)
0x00000000004005dd 26 b *= 3;
1: x/i $pc 0x4005dd <main+37>: add %eax,%eax
(gdb)
0x0000penny04005df 26 b *= 3;
1: x/i $pc 0x4005df <main+39>: add %edx,%eax
(gdb)
0x00000000004005e1 26 b *= 3;
1: x/i $pc 0x4005e1 <main+41>: mov %eax,0xffffffffffffffdc(%rbp) //乘3的情況下，相當於2個加法，b'=b+b;b=b+b'
(gdb)
27 c *= 4;
1: x/i $pc 0x4005e4 <main+44>: shll $0x2,0xffffffffffffffe0(%rbp) //乘4的情況下，1個shll命令就能搞定
(gdb)
28 d *= 50;
1: x/i $pc 0x4005e8 <main+48>: mov 0xffffffffffffffe4(%rbp),%eax
(gdb)
0x000liang004005eb 28 d *= 50;
1: x/i $pc 0x4005eb <main+51>: imul $0x32,%eax,%eax //50不是2的倍數且不能靠有限加法來解決，只好用imul
(gdb)
0x00000000004005ee 28 d *= 50;
1: x/i $pc 0x4005ee <main+54>: mov %eax,0xffffffffffffffe4(%rbp)
(gdb)
32 test_1* p = (test_1*)malloc(10*sizeof(test_1));
1: x/i $pc 0x4005f1 <main+57>: mov $0x1e,%edi
。。。略去一部分分配和打印sizeof的彙編代碼
(gdb)
0x000000000040062d 36 for(int i=0;i<10;++i)
1: x/i $pc 0x40062d <main+117>: jmp 0x400659 <main+161>
(gdb)
0x0000000000400659 36 for(int i=0;i<10;++i)
1: x/i $pc 0x400659 <main+161>: cmpl $0x9,0xfffffffffffffffc(%rbp)
(gdb)
0x000000000040065d 36 for(int i=0;i<10;++i)
1: x/i $pc 0x40065d <main+165>: jle 0x40062f <main+119>
(gdb)
38 p[i].a = '0';
1: x/i $pc 0x40062f <main+119>: mov 0xfffffffffffffffc(%rbp),%eax
(gdb)
0x0000000000400632 38 p[i].a = '0'; //test_1的size為3，因此在執行的時候耗費了
1: x/i $pc 0x400632 <main+122>: movslq %eax,%rdx //6條指令
(gdb)
0x0000000000400635 38 p[i].a = '0';
1: x/i $pc 0x400635 <main+125>: mov %rdx,%rax
(gdb)
0x0000000000400638 38 p[i].a = '0'; //這裡計算偏移耗費了2個加法指令
1: x/i $pc 0x400638 <main+128>: add %rax,%rax
(gdb)
0x000000000040063b 38 p[i].a = '0';
1: x/i $pc 0x40063b <main+131>: add %rdx,%rax
(gdb)
0x000000000040063e 38 p[i].a = '0';
1: x/i $pc 0x40063e <main+134>: add 0xffffffffffffffe8(%rbp),%rax
(gdb)
0x0000000000400642 38 p[i].a = '0';
1: x/i $pc 0x400642 <main+138>: movb $0x30,(%rax)
(gdb)
39 q[i].a = '1'; //test_2的size為4，只需要5條指令
1: x/i $pc 0x400645 <main+141>: mov 0xfffffffffffffffc(%rbp),%eax
(gdb)
0x0000000000400648 39 q[i].a = '1';
1: x/i $pc 0x400648 <main+144>: cltq
(gdb)
0x000000000040064a 39 q[i].a = '1';
1: x/i $pc 0x40064a <main+146>: shl $0x2,%rax //這裡在計算偏移的時候直接用%rax*4就可算得。
(gdb)
0x000000000040064e 39 q[i].a = '1';
1: x/i $pc 0x40064e <main+150>: add 0xfffffffffffffff0(%rbp),%rax
(gdb)
0xpennyliang0400652 39 q[i].a = '1';
1: x/i $pc 0x400652 <main+154>: movb $0x31,(%rax)
(gdb)
36 for(int i=0;i<10;++i)
1: x/i $pc 0x400655 <main+157>: addl $0x1,0xfffffffffffffffc(%rbp)
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