为什么这个 C++ 字符串长度计算函数比另一个更快？

Question

我们的讲师已经解释了这个计算字符串长度的函数......

int strlen_1(const char *str) {
    const char *temp = str;
    while(*temp != '\0') {
        temp++;
    }
    return temp - str;
}

...会比这个更快...

int strlen_03(const char *str) {
    int i;
    for (i = 0; *(str+i) != '\0'; i++);
    return i;

我认为他说这与算术计算有关，就像在第一个中所做的任何算术演算一样，但我无法理解，我认为它们处于同一水平。能否请您换句话解释一下原因？

PS。我确实理解指针，也能理解发生了什么，这就像将存储在“RAM 单元”中的数组元素逐个单步执行。

提前致谢。

Answer 1

暂时忽略优化，只看论文算法：

前者重复执行这个计算：

addr++

通过差值计算得到结果

addr1 - addr0

后者重复执行这些计算

addr0 + i
i++

通过返回值计算结果

i

换句话说，为了在计算最终结果时做一半的工作，在循环中做了两倍的工作。

进入优化的 ASM，第一个在我的 clang 上的 -O3 处生成：

0x100000ee4:  cmpb   $0, 1(%rbx)
0x100000ee8:  leaq   1(%rbx), %rbx
0x100000eec:  sete   %al
0x100000eef:  testb  $1, %al
0x100000ef1:  je     0x100000ee4

第二个生成这个：

0x100000f09:  incl   %ebx
0x100000f0b:  cmpb   $0, (%rax)
0x100000f0e:  leaq   1(%rax), %rax
0x100000f12:  sete   %cl
0x100000f15:  testb  $1, %cl
0x100000f18:  je     0x100000f09

我省略了返回值的常量一次性计时器，因为它们不是循环复杂性的核心。优化器相当不错，注意唯一的主要区别是单：

0x100000f09:  incl   %ebx

这是你的i

Answer 2

这是一种微优化，现代编译器可能最终会为两者生成相同的程序集，但对于未优化的版本，原因如下：

int strlen_1(const char *str) 
{
    const char *temp = str; // declare the iterator
    while(*temp != '\0')   // dereference the pointer
                           // test the iterator 
    {
        temp++; // increment the iterator
    }
    return temp - str; // pointer subtraction
}

对于一个长度为 N 的字符串，这会给你 3N + 2 次操作。

int strlen_03(const char *str) 
{
    int i; // declare your iterator
    for (i = 0; *(str+i) != '\0'; i++); // initialize the iterator
                                        // add i to str
                                        // dereference that pointer value
                                        // test it against \0
                                        // increment i
    return i;
}

对于相同的字符串，这会给你 4N + 2 次操作。

同样，现代编译器可能会为您解决此问题，即使对于大多数字符串（仅适用于 very长字符串）。