如果 x > y，用 y 交换 x 的无分支版本？

Question

假设x 和y 是有符号整数，是否有一些超级有效的实现技巧：

if (x < y) {
    std::swap(x, y);
}

我可以立即想到使用c = x < y 的解决方案，然后将x 分配给c * x + (1 - c) * y 等，但这种方法会发出乘法指令，我想避免这种方法。有没有办法只用一点点摆弄来做到这一点？

编辑：只是澄清我真正关心的是试图摆脱由if 引起的分支。换句话说，我知道进行交换的 XOR 技巧，但这不是我要问的。

Answer 1

我不确定，这是否可以加速您的代码，但这是无分支解决方案：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv) {
  int a = atoi(argv[1]);
  int b = atoi(argv[2]);
  int c = a - b;
  c &= c >> 31; // SXT for signed int
  a -= c;
  b += c;
  printf("Result: %d %d\n", a, b);
}

Answer 2

如果x 和y 在此操作之后被写入内存，那么您可以使用写入动态内存位置而不是条件跳转。比如对a[0], a[1]进行排序：

int x = a[0];
int y = a[1];
a[x >= y] = x;
a[y > x] = y;

如果您需要立即读回这些值，那么它可能会比可预测的分支更慢，但这可能取决于处理器。

Answer 3

实现交换的最有效方法是识别您有名称和与名称关联的数据，并且您可以交换名称而不是交换数据。

例如，编译器可以转换：

if (x < y) {
    std::swap(x, y);
}
do_something(x, y);
return x;

..进入这个：

if (x < y) {
    // Names of "x" and "y" swapped in subsequent code
    do_something(y, x);
    return y;
} else {
    do_something(x, y);
    return x;
}

当然，交换名称而不交换数据通常是免费的（出于性能考虑），因为您实际上并没有交换任何东西。

现代 CPU 也能做到这一点。

具体来说； CPU 有寄存器，寄存器是与数据相关的名称。对于像xchg eax,ebx（在 80x86 上）这样的指令，CPU 只会交换寄存器名称而不会移动数据。这意味着 CPU 可以在任一寄存器中的数据未知时进行交换（例如，因为它仍在被前一条指令计算或获取）。

换句话说；实现std::swap(x, y); 的最快方法是确保为 CPU 生成正确的指令（例如，在 80x86 上给 CPU 一个xchg eax,ebx，它没有分支并且不必等到值已知）。

Answer 4

根据其他人的建议，您可以尝试根据std::min() 和std::max() 重写您的代码。

但不能保证。该语言只是缺乏一种方法来表达您想要从编译器中得到什么。

关于我可能提供的唯一其他非 C++ 解决方案是内联汇编，您可以在其中精确地编写您想要的指令。但是，使用内联汇编会影响编译器对其周围代码的处理，并且可能会产生负面影响（例如，寄存器使用效率低下、寄存器溢出等），从而抵消或抵消任何预期收益。