是加指令还是加指令？

Question

当我是手写程序集时，我通常选择表单

lea eax, [eax+4]

在表格上..。

add eax, 4

我听说lea是一个“0时钟”指令(如NOP)，而'add‘则不是。然而，当我查看编译器生成的程序集时，我经常看到后面的形式而不是第一个。我很聪明，可以信任编译器，所以谁能弄清楚哪一个更好？哪个更快？为什么编译器选择后一种形式而不是前者？

Answer 1

LEA和ADD在x86 CPU上的一个显著区别是执行单元，它实际上执行指令。现代的x86 CPU是超标量的，有多个并行运行的执行单元，管道给它们提供的东西有点像循环(酒吧档)。问题是，LEA由处理寻址的单元(在流水线的早期阶段发生)处理，而ADD处理到ALU(算术/逻辑单元)和后期的流水线中。这意味着超标量x86 CPU可以同时执行LEA和算术/逻辑指令。

LEA通过地址生成逻辑而不是算术单元这一事实也是它过去被称为“零时钟”的原因；执行它不需要时间，因为地址生成在执行/执行时已经发生了。

它不是免费的，因为地址生成是执行过程中的一个步骤，但是它没有执行开销。而且它不占用ALU管道中的一个槽。

编辑：澄清，LEA是不自由的。即使在没有通过算术单元实现它的CPU上，由于指令解码/调度/退出和/或所有指令经过的其他管道阶段，执行也需要时间。对于通过地址生成实现LEA的CPU来说，执行它所花费的时间只是在管道的另一个阶段。

Answer 2

--我很聪明，可以信任编译器，所以有人能说明哪一个更好吗？

是的，有点。首先，我从以下消息中获取这些信息：https://groups.google.com/group/bsdnt-devel/msg/23a48bb18571b9a6

在这条消息中，一位开发人员优化了一些我写得非常糟糕的程序集，以便在Intel 2处理器中疯狂地快速运行。作为这个项目的背景，它是一个bignum库，我和其他一些开发人员已经参与其中。

在本例中，所优化的只是添加两个类似于以下内容的数组：uint64_t* x, uint64_t* y。每个“肢体”或数组中的成员都代表大的一部分；基本的过程是从最不重要的分支开始迭代它，将对加起来并继续向上，每次传递进位(任何溢出)。adc在处理器上为您这样做(我不认为从C中访问进位标志是不可能的)。

在这段代码中，使用了lea something, [something+1]和jrcxz的组合，这显然比我们以前可能使用的jnz/add something, size组合更有效。不过，我不确定这是否是由于简单地测试不同的指令而发现的。你得问问。

然而，在稍后的消息中，它是在AMD芯片上测量的，性能不太好。

我还可以理解不同的操作在不同的处理器上执行的不同。例如，我知道GMP项目使用cpuid检测处理器，并根据不同的体系结构(如core2、nehalem )传递不同的组装例程。

您必须问自己的问题是，您的编译器是否为您的cpu架构产生优化的输出？例如，已知Intel编译器就是这样做的，因此它可能值得测量性能并查看它所产生的输出。

Answer 3

LEA并不比ADD指令快，执行速度是一样的。

但是LEA sometimes offer more than ADD。如果我们需要简单而快速的加法/乘法与二次寄存器相结合，LEA可以加快程序的执行速度。另一方面，LEA不影响CPU标志，因此不存在溢出检测的可能性。。