当检测到零操作数时，x86 cpu 会提前结束乘法吗？ [复制]

Question

================更新=======================

似乎与 Do modern cpus skip multiplications by zero? 重复

但是请允许我保留这篇文章，因为我在发布之前没有搜索过那篇文章。并允许我在答案区中发布我的测试结果。

==================原帖=================

以这个函数为例：

int mul(int a, int b, int c, int d){
    return a*b*c*d;
}

当cpu进入这个函数调用时：

int result = mul(0, 1, 2, 3);

（假设我们不允许编译器进行任何优化，并且机器代码完全按照程序顺序显示。）

我知道现在 x86 CPU 有乱序执行，当他发现他得到一个零操作数时，它会提前结束乘法吗？

谢谢！

Answer 1

不，现代 x86-64 CPU 不会仅仅因为其中一个为零而停止乘法运算。乱序执行不会阻止任何指令运行，它只是可能允许一些指令执行得很好，乱序。

这很容易使用您编写的代码进行验证。我们就叫它multiply.c：

int mul(int a, int b, int c, int d){
    return a * b * c * d;
}

int main() {
    for (int i = 0; i < 1e8; i++) {
        int result = mul(0, 1, 2, 3);
    }
}

首先验证将“0”替换为“1”时代码运行速度不会变慢：

gcc multiply.c -O0
time ./a.out

real    0m0.387s
user    0m0.378s
sys     0m0.002s

将0改为1后重新运行，实际时间为0.384s，无统计学差异。

接下来看看gcc生成了什么程序集：

gcc -g -c -O0 multiply.c
otool -tvVX multiply.o

...

_mul:
    pushq   %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    movl    %edi, -0x4(%rbp)
    movl    %esi, -0x8(%rbp)
    movl    %edx, -0xc(%rbp)
    movl    %ecx, -0x10(%rbp)
    movl    -0x4(%rbp), %ecx
    imull   -0x8(%rbp), %ecx
    imull   -0xc(%rbp), %ecx
    imull   -0x10(%rbp), %ecx
    movl    %ecx, %eax
    popq    %rbp
    retq
    nopw    %cs:_mul(%rax,%rax)

您可以看到三个单独的乘法，因此它们不会被编译掉或任何类似性质的东西。

Answer 2

@Douglas B. Staple

感谢您的基准测试。我也做过类似的测试。

#include<stdio.h>
#include"../base/benchmark.h"

#define MAX (100 * 10000)
int product0;
int product1;
int zero = 0;
int one = 1;
int main(void){
    TSTAMP_INIT();
    long time0, time2;

                                                            TSTAMP();
    for(int i = 0; i < MAX; i++){
        product0 *=  zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero * zero ;
    }
                                                            TSTAMP(&time0);
    for(int i = 0; i < MAX; i++){
        product1 =  one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one * one ;

    }

                                                            TSTAMP(&time2);
    printf("%ld %ld\n", time0, time2);
    return 0;
}

编译并运行：

$ gcc -o t t.c ../base/benchmark.c -O0
$ ./t
84828 74827

时间单位为us。

我检查了汇编代码，它没有优化。

我在循环中使用长乘法表达式的原因是，我想减少循环指令占用的时间成本比例。

似乎第一个循环体花费了更多时间（84838us），我认为这是因为 CPU 缓存的预热阶段。我有两个循环体的反向定位并得到类似的结果：仍然前者花费更多时间。

所以我可以得出和你一样的结论，正如其他朋友所说，x86 上的乘法是固定时间的。