x86 ฟังก์ชันรหัสเครื่อง 32 บิต, 42 41 ไบต์
ปัจจุบันคำตอบที่ไม่ใช่การเล่นกอล์ฟภาษาที่สั้นที่สุดที่ 1B สั้นกว่า@ streetster ของ Q / kdb +
ด้วย 0 สำหรับความจริงและไม่เป็นศูนย์สำหรับความเท็จ: 41 40 ไบต์ (โดยทั่วไปประหยัด 1 ไบต์สำหรับ 32- บิต 2 ไบต์สำหรับ 64- บิต)
ด้วยสตริงที่มีความยาวโดยนัย (สิ้นสุด C-style 0 สิ้นสุด): 45 44 ไบต์
x86-64 เครื่องรหัส (มีตัวชี้ 32 บิตเช่น x32 ABI) ที่: 44 43 ไบต์
x86-64 พร้อมสตริงที่มีความยาวโดยนัยยังคงเป็น 46 ไบต์ (กลยุทธ์บิตแมปกะ / หน้ากากเป็นจุดคุ้มทุนแม้ตอนนี้)
_Bool dennis_like(size_t ecx, const char *esi)นี้เป็นฟังก์ชั่นที่มีลายเซ็น C หลักการเรียกใช้นั้นไม่ได้มาตรฐานเล็กน้อยใกล้กับ MS vectorcall / fastcall แต่มีการลงทะเบียน arg ที่แตกต่างกัน: สตริงใน ESI และความยาวใน ECX มันบดบัง arg-regs และ EDX เท่านั้น AL เก็บค่าส่งคืนโดยมีไบต์สูงถือขยะ (ตามที่อนุญาตโดย SysV x86 และ x32 ABIs IDK สิ่งที่ MSIs ของ MS พูดเกี่ยวกับขยะสูงเมื่อคืนค่าบูลหรือจำนวนเต็มแคบ)
คำอธิบายของอัลกอริทึม :
วนรอบสตริงอินพุตการกรองและการจัดประเภทเป็นอาร์เรย์บูลีนบนสแต็ก: สำหรับแต่ละไบต์ให้ตรวจสอบว่าเป็นอักขระตัวอักษร (ถ้าไม่ใช่ให้ไปยังอักขระถัดไป) และแปลงเป็นจำนวนเต็มตั้งแต่ 0-25 (AZ) . ใช้จำนวนเต็ม 0-25 เพื่อตรวจสอบบิตแมปของสระ = 0 / พยัญชนะ = 1 (บิตแมปถูกโหลดลงทะเบียนเป็นค่าคงที่ทันที 32 บิต) กด 0 หรือ 0xFF ลงบนสแต็กตามผลลัพธ์บิตแมป (จริง ๆ แล้วในไบต์ต่ำขององค์ประกอบ 32 บิตซึ่งอาจมีขยะใน 3 ไบต์บนสุด)
ลูปแรกสร้างอาร์เรย์ 0 หรือ 0xFF (ในองค์ประกอบ dword ที่เต็มไปด้วยขยะ) ทำการตรวจสอบ palindrome ตามปกติด้วยการวนซ้ำครั้งที่สองซึ่งหยุดเมื่อพอยน์เตอร์พอยน์เตอร์อยู่ตรงกลาง (หรือเมื่อทั้งคู่ชี้ไปที่องค์ประกอบเดียวกันหากมีจำนวนตัวอักษรแปลก ๆ ) ตัวชี้เลื่อนขึ้นด้านบนคือตัวชี้สแต็กและเราใช้ POP เพื่อโหลด + การเพิ่มขึ้น แทนที่จะเปรียบเทียบ / setcc ในลูปนี้เราสามารถใช้ XOR เพื่อตรวจจับสิ่งที่เหมือนกัน / แตกต่างกันเนื่องจากมีค่าที่เป็นไปได้สองค่าเท่านั้น เราสามารถสะสม (ด้วยหรือ) ว่าเราพบองค์ประกอบที่ไม่ตรงกันหรือไม่ แต่สาขาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในแฟล็กที่ XOR กำหนดไว้เป็นอย่างน้อยก็ดี
โปรดสังเกตว่าการวนซ้ำครั้งที่สองใช้byteขนาดตัวถูกดำเนินการดังนั้นจึงไม่สนใจว่าขยะวงแรกจะปล่อยให้อยู่ด้านนอกไบต์ต่ำของแต่ละองค์ประกอบแถวลำดับ
มันใช้ไม่มีเอกสารประกอบsalcการเรียนการสอนที่จะตั้ง AL จาก CF ในลักษณะเดียวกับที่sbb al,alจะ รองรับทุกซีพียูของ Intel (ยกเว้นในโหมด 64 บิต) หรือแม้แต่ Knight's Landing! Agner Fog แสดงเวลาที่กำหนด CPU AMD ทั้งหมดเช่นกัน (รวมถึง Ryzen) ดังนั้นหากผู้ขาย x86 ยืนยันที่จะผูกไบต์พื้นที่ว่าง opcode นับตั้งแต่ 8086 เราอาจใช้ประโยชน์จากมันเช่นกัน
เทคนิคที่น่าสนใจ:
- เคล็ดลับที่ไม่ได้ลงชื่อ - เปรียบเทียบสำหรับ isalpha ที่รวมกัน () และ toupper () และศูนย์ขยายไบต์เพื่อเติม eax ตั้งค่าสำหรับ:
- บิตแมปได้ทันทีในการลงทะเบียนสำหรับ
bt, แรงบันดาลใจจากการส่งออกคอมไพเลอร์บางอย่างดีสำหรับswitchแรงบันดาลใจจากการส่งออกคอมไพเลอร์บางอย่างดีสำหรับ
- การสร้างอาเรย์ขนาดตัวแปรบนสแต็กด้วยการกดลูป (มาตรฐานสำหรับ asm แต่ไม่ใช่สิ่งที่คุณสามารถทำได้กับ C สำหรับรุ่นสตริงที่มีความยาวโดยนัย) มันใช้พื้นที่สแต็ค 4 ไบต์สำหรับอักขระอินพุตทุกตัว แต่บันทึกอย่างน้อย 1 ไบต์เทียบกับการเล่นกอล์ฟที่ดีที่สุด
stosbไบต์เทียบกับการเล่นกอล์ฟที่ดีที่สุดรอบ
- แทนที่จะเป็น cmp / setne บนอาเรย์บูลีน XOR บูลีนเข้าด้วยกันเพื่อรับค่าความจริงโดยตรง (
cmp/ salcไม่ใช่ตัวเลือกเนื่องจากsalcใช้งานได้เฉพาะกับ CF เท่านั้นและ 0xFF-0 ไม่ได้ตั้งค่า CF. ไว้ที่ sete3 ไบต์ แต่จะหลีกเลี่ยงincนอกลูปสำหรับค่าใช้จ่ายสุทธิ 2 ไบต์ (1 ในโหมด 64 บิต )) vs. xor ในลูปและแก้ไขด้วย inc
; explicit-length version: input string in ESI, byte count in ECX
08048060 <dennis_like>:
8048060: 55 push ebp
8048061: 89 e5 mov ebp,esp ; a stack frame lets us restore esp with LEAVE (1B)
8048063: ba ee be ef 03 mov edx,0x3efbeee ; consonant bitmap
08048068 <dennis_like.filter_loop>:
8048068: ac lods al,BYTE PTR ds:[esi]
8048069: 24 5f and al,0x5f ; uppercase
804806b: 2c 41 sub al,0x41 ; range-shift to 0..25
804806d: 3c 19 cmp al,0x19 ; reject non-letters
804806f: 77 05 ja 8048076 <dennis_like.non_alpha>
8048071: 0f a3 c2 bt edx,eax # AL = 0..25 = position in alphabet
8048074: d6 SALC ; set AL=0 or 0xFF from carry. Undocumented insn, but widely supported
8048075: 50 push eax
08048076 <dennis_like.non_alpha>:
8048076: e2 f0 loop 8048068 <dennis_like.filter_loop> # ecx = remaining string bytes
; end of first loop
8048078: 89 ee mov esi,ebp ; ebp = one-past-the-top of the bool array
0804807a <dennis_like.palindrome_loop>:
804807a: 58 pop eax ; read from the bottom
804807b: 83 ee 04 sub esi,0x4
804807e: 32 06 xor al,BYTE PTR [esi]
8048080: 75 04 jne 8048086 <dennis_like.non_palindrome>
8048082: 39 e6 cmp esi,esp ; until the pointers meet or cross in the middle
8048084: 77 f4 ja 804807a <dennis_like.palindrome_loop>
08048086 <dennis_like.non_palindrome>:
; jump or fall-through to here with al holding an inverted boolean
8048086: 40 inc eax
8048087: c9 leave
8048088: c3 ret
;; 0x89 - 0x60 = 41 bytes
นี่อาจเป็นหนึ่งในคำตอบที่เร็วที่สุดเนื่องจากไม่มีนักกอล์ฟคนใดได้รับบาดเจ็บอย่างรุนแรงเกินไปอย่างน้อยก็สำหรับสายอักขระที่มีอักขระไม่กี่พันตัวที่การใช้หน่วยความจำ 4x ไม่ทำให้แคชหายไปมากนัก (มันอาจจะสูญเสียคำตอบที่ใช้สายอักขระที่ไม่เหมือนเดนนิสก่อนที่จะวนตัวอักขระทั้งหมด) salcช้ากว่าsetccในซีพียูจำนวนมาก (เช่น 3 uops เทียบกับ 1 ใน Skylake) แต่การตรวจสอบบิตแมปด้วยbt/salcยังเร็วกว่าการค้นหาสตริงหรือการจับคู่ regex และไม่มีค่าใช้จ่ายในการเริ่มต้นดังนั้นมันจึงถูกมากสำหรับสตริงสั้น ๆ
การทำแบบนี้ในครั้งเดียวในทันทีนั้นหมายถึงการทำซ้ำรหัสการจำแนกประเภทสำหรับทิศทางขึ้นและลง นั่นจะเร็วกว่า แต่มีขนาดรหัสใหญ่กว่า (แน่นอนถ้าคุณต้องการความรวดเร็วคุณสามารถทำ 16 หรือ 32 ตัวอักษรในแต่ละครั้งด้วย SSE2 หรือ AVX2 ยังคงใช้เคล็ดลับการเปรียบเทียบโดยการเลื่อนช่วงไปทางด้านล่างของช่วงที่เซ็นชื่อ)
ทดสอบโปรแกรม (สำหรับ ia32 หรือ x32 Linux)เพื่อเรียกใช้ฟังก์ชันนี้ด้วย cmdline arg และออกจากสถานะ status = return value strlenการดำเนินงานจากint80h.org
; build with the same %define macros as the source below (so this uses 32-bit regs in 32-bit mode)
global _start
_start:
;%define PTRSIZE 4 ; true for x32 and 32-bit mode.
mov esi, [rsp+4 + 4*1] ; esi = argv[1]
;mov rsi, [rsp+8 + 8*1] ; rsi = argv[1] ; For regular x86-64 (not x32)
%if IMPLICIT_LENGTH == 0
; strlen(esi)
mov rdi, rsi
mov rcx, -1
xor eax, eax
repne scasb ; rcx = -strlen - 2
not rcx
dec rcx
%endif
mov eax, 0xFFFFAEBB ; make sure the function works with garbage in EAX
call dennis_like
;; use the 32-bit ABI _exit syscall, even in x32 code for simplicity
mov ebx, eax
mov eax, 1
int 0x80 ; _exit( dennis_like(argv[1]) )
;; movzx edi, al ; actually mov edi,eax is fine here, too
;; mov eax,231 ; 64-bit ABI exit_group( same thing )
;; syscall
รุ่น 64 บิตของฟังก์ชั่นนี้สามารถใช้sbb eax,eaxซึ่งเป็นเพียง 2 ไบต์แทน setc al3 มันจะต้องมีไบต์พิเศษสำหรับdecหรือnotในตอนท้าย (เนื่องจากมีเพียง 32 บิตที่มี 1 ไบต์ inc / dec r32) การใช้ x32 ABI (ตัวชี้แบบ 32 บิตในโหมดยาว) เรายังสามารถหลีกเลี่ยงคำนำหน้า REX ได้แม้ว่าเราจะคัดลอกและเปรียบเทียบตัวชี้
setc [rdi]สามารถเขียนโดยตรงไปยังหน่วยความจำ แต่การสำรอง ECX ไบต์ของพื้นที่สแต็กมีค่าใช้จ่ายมากกว่าขนาดรหัสที่ประหยัด (และเราต้องย้ายผ่านอาร์เรย์เอาต์พุต [rdi+rcx]ใช้เวลาหนึ่งไบต์พิเศษสำหรับโหมดการกำหนดแอดเดรส แต่จริงๆแล้วเราต้องการตัวนับที่ไม่ได้อัปเดตสำหรับตัวอักขระที่กรองดังนั้นมันจะแย่กว่านั้น)
นี่คือแหล่ง YASM / NASM พร้อม%ifเงื่อนไข มันสามารถสร้างขึ้นด้วย-felf32(รหัส 32 บิต) หรือ-felfx32(รหัส 64 บิตพร้อม x32 ABI) และมีความยาวโดยปริยายหรืออย่างชัดเจน ฉันทดสอบทั้ง 4 เวอร์ชั่นแล้ว ดูคำตอบนี้สำหรับสคริปต์เพื่อสร้างไบนารีคงที่จากแหล่ง NASM / YASM
ในการทดสอบเวอร์ชัน 64 บิตบนเครื่องโดยไม่รองรับ x32 ABI คุณสามารถเปลี่ยนเรจิสเตอร์ของตัวชี้เป็น 64- บิต (จากนั้นเพียงลบจำนวน REX.W = 1 คำนำหน้า (0x48 ไบต์) จากการนับในกรณีนี้คำแนะนำ 4 คำต้องใช้คำนำหน้า REX เพื่อทำงานบน regs 64 บิต) หรือเพียงแค่เรียกมันด้วยrspและตัวชี้เข้าในพื้นที่ที่อยู่ในระดับต่ำ 4G
%define IMPLICIT_LENGTH 0
; This source can be built as x32, or as plain old 32-bit mode
; x32 needs to push 64-bit regs, and using them in addressing modes avoids address-size prefixes
; 32-bit code needs to use the 32-bit names everywhere
;%if __BITS__ != 32 ; NASM-only
%ifidn __OUTPUT_FORMAT__, elfx32
%define CPUMODE 64
%define STACKWIDTH 8 ; push / pop 8 bytes
%else
%define CPUMODE 32
%define STACKWIDTH 4 ; push / pop 4 bytes
%define rax eax
%define rcx ecx
%define rsi esi
%define rdi edi
%define rbp ebp
%define rsp esp
%endif
; A regular x86-64 version needs 4 REX prefixes to handle 64-bit pointers
; I haven't cluttered the source with that, but I guess stuff like %define ebp rbp would do the trick.
;; Calling convention similar to SysV x32, or to MS vectorcall, but with different arg regs
;; _Bool dennis_like_implicit(const char *esi)
;; _Bool dennis_like_explicit(size_t ecx, const char *esi)
global dennis_like
dennis_like:
; We want to restore esp later, so make a stack frame for LEAVE
push rbp
mov ebp, esp ; enter 0,0 is 4 bytes. Only saves bytes if we had a fixed-size allocation to do.
; ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
mov edx, 11111011111011111011101110b ; consonant/vowel bitmap for use with bt
;;; assume that len >= 1
%if IMPLICIT_LENGTH
lodsb ; pipelining the loop is 1B shorter than jmp .non_alpha
.filter_loop:
%else
.filter_loop:
lodsb
%endif
and al, 0x7F ^ 0x20 ; force ASCII to uppercase.
sub al, 'A' ; range-shift to 'A' = 0
cmp al, 'Z'-'A' ; if al was less than 'A', it will be a large unsigned number
ja .non_alpha
;; AL = position in alphabet (0-25)
bt edx, eax ; 3B
%if CPUMODE == 32
salc ; 1B only sets AL = 0 or 0xFF. Not available in 64-bit mode
%else
sbb eax, eax ; 2B eax = 0 or -1, according to CF.
%endif
push rax
.non_alpha:
%if IMPLICIT_LENGTH
lodsb
test al,al
jnz .filter_loop
%else
loop .filter_loop
%endif
; al = potentially garbage if the last char was non-alpha
; esp = bottom of bool array
mov esi, ebp ; ebp = one-past-the-top of the bool array
.palindrome_loop:
pop rax
sub esi, STACKWIDTH
xor al, [rsi] ; al = (arr[up] != arr[--down]). 8-bit operand-size so flags are set from the non-garbage
jnz .non_palindrome
cmp esi, esp
ja .palindrome_loop
.non_palindrome: ; we jump here with al=1 if we found a difference, or drop out of the loop with al=0 for no diff
inc eax ;; AL transforms 0 -> 1 or 0xFF -> 0.
leave
ret ; return value in AL. high bytes of EAX are allowed to contain garbage.
ฉันดูสับสนกับ DF (ธงทิศทางที่ควบคุมlodsd/ scasdและอื่น ๆ ) แต่มันก็ดูเหมือนจะไม่ชนะ ABIs ปกติต้องการให้ DF ถูกล้างข้อมูลในรายการฟังก์ชันและออก สมมติว่าเคลียร์เมื่อเข้า แต่การตั้งค่าไว้ที่ทางออกจะเป็นการโกง IMO มันจะดีถ้าใช้ LODSD / SCASD เพื่อหลีกเลี่ยง 3 ไบต์sub esi, 4โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ไม่มีขยะสูง
กลยุทธ์บิตแมปสำรอง (สำหรับ x86-64 สตริงความยาวโดยนัย)
ปรากฎว่าสิ่งนี้ไม่ได้บันทึกไบต์ใด ๆ เพราะbt r32,r32ยังทำงานได้กับขยะในดัชนีบิต มันไม่ใช่เอกสารอย่างที่shrเป็นอยู่
แทนที่จะbt / sbbใช้บิตเข้า / ออกของ CF ให้ใช้ shift / mask เพื่อแยกบิตที่เราต้องการจากบิตแมป
%if IMPLICIT_LENGTH && CPUMODE == 64
; incompatible with LOOP for explicit-length, both need ECX. In that case, bt/sbb is best
xchg eax, ecx
mov eax, 11111011111011111011101110b ; not hoisted out of the loop
shr eax, cl
and al, 1
%else
bt edx, eax
sbb eax, eax
%endif
push rax
เนื่องจากสิ่งนี้สร้าง 0/1 ใน AL ที่ส่วนท้าย (แทน 0 / 0xFF) เราสามารถทำการผกผันที่จำเป็นของค่าส่งคืนในตอนท้ายของฟังก์ชันด้วยxor al, 1(2B) แทนdec eax(เช่น 2B ใน x86-64) เพื่อ ยังคงสร้างมูลค่าที่เหมาะสมbool/_Boolผลตอบแทน
สิ่งนี้ใช้เพื่อบันทึก 1B สำหรับ x86-64 ด้วยสายอักขระความยาวโดยนัยโดยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการเป็นศูนย์ไบต์สูงของ EAX (ฉันเคยใช้and eax, 0x7F ^ 0x20เพื่อบังคับให้ตัวพิมพ์ใหญ่และเป็นศูนย์ส่วนที่เหลือของ eax ด้วย 3 ไบต์and r32,imm8แต่ตอนนี้ฉันกำลังใช้การเข้ารหัสแบบ 2 ไบต์ทันทีด้วยการเข้ารหัส AL ที่คำสั่ง 8086 ส่วนใหญ่มีเหมือนที่ฉันทำไปแล้ว สำหรับsubและcmp.)
มันสูญเสียไปถึงbt/ salcในโหมด 32 บิตและสตริงที่มีความยาวอย่างชัดเจนต้องใช้ ECX สำหรับการนับดังนั้นจึงไม่สามารถใช้งานได้
แต่แล้วฉันก็ตระหนักว่าฉันผิด: bt edx, eaxยังคงทำงานกับขยะจำนวนมากใน eax เห็นได้ชัดว่าปิดบังการเปลี่ยนแปลงนับแบบเดียวกับที่shr r32, clทำได้ (ดูที่ cl 5 บิตต่ำ) สิ่งนี้แตกต่างจากbt [mem], regซึ่งสามารถเข้าถึงภายนอกหน่วยความจำที่อ้างอิงโดยที่อยู่โหมด / ขนาดถือว่าเป็นบิตสตริง (Crazy CISC ... )
คู่มืออ้างอิงชุด insn ของ Intel ไม่ได้กล่าวถึงการปิดบังดังนั้นอาจเป็นพฤติกรรมที่ไม่มีเอกสารที่ Intel กำลังรักษาไว้ในตอนนี้ (สิ่งนั้นไม่ใช่เรื่องแปลกอะไร bsf dst, srcกับ src = 0 จะไม่มีการแก้ไข dst แม้ว่าจะมีการบันทึกไว้ว่าให้ dst ถือค่าที่ไม่ได้กำหนดไว้ในกรณีนั้นเอเอ็มดีจะบันทึกพฤติกรรมของ src = 0) จริง ๆ แล้วฉันทดสอบกับ Skylake และ Core2 และbtรุ่นใช้งานได้กับขยะที่ไม่เป็นศูนย์ใน EAX นอก AL
เคล็ดลับเรียบร้อยที่นี่ใช้xchg eax,ecx(1 ไบต์) เพื่อให้ได้จำนวนเป็น CL น่าเสียดายที่ BMI2 shrx eax, edx, eaxคือ 5 ไบต์เทียบกับเพียง 2 ไบต์shr eax, clเท่านั้น การใช้bextrต้องมีขนาด 2 ไบต์mov ah,1(สำหรับจำนวนบิตที่ต้องการแยก) ดังนั้นจึงมีขนาด 5 + 2 ไบต์เช่น SHRX + AND
รหัสแหล่งที่มาได้ยุ่งสวยหลังจากเพิ่ม%ifเงื่อนไข นี่คือการแยกส่วนของสตริงความยาวโดยนัย x32 (ใช้กลยุทธ์ทางเลือกสำหรับบิตแมปดังนั้นจึงยังคงเป็น 46 ไบต์)
ความแตกต่างหลักจากรุ่นความยาวอย่างชัดเจนอยู่ในลูปแรก สังเกตว่ามันมีlodsมาก่อนและที่ด้านล่างแทนที่จะเป็นเพียงหนึ่งที่ด้านบนของลูป
; 64-bit implicit-length version using the alternate bitmap strategy
00400060 <dennis_like>:
400060: 55 push rbp
400061: 89 e5 mov ebp,esp
400063: ac lods al,BYTE PTR ds:[rsi]
00400064 <dennis_like.filter_loop>:
400064: 24 5f and al,0x5f
400066: 2c 41 sub al,0x41
400068: 3c 19 cmp al,0x19
40006a: 77 0b ja 400077 <dennis_like.non_alpha>
40006c: 91 xchg ecx,eax
40006d: b8 ee be ef 03 mov eax,0x3efbeee ; inside the loop since SHR destroys it
400072: d3 e8 shr eax,cl
400074: 24 01 and al,0x1
400076: 50 push rax
00400077 <dennis_like.non_alpha>:
400077: ac lods al,BYTE PTR ds:[rsi]
400078: 84 c0 test al,al
40007a: 75 e8 jne 400064 <dennis_like.filter_loop>
40007c: 89 ee mov esi,ebp
0040007e <dennis_like.palindrome_loop>:
40007e: 58 pop rax
40007f: 83 ee 08 sub esi,0x8
400082: 32 06 xor al,BYTE PTR [rsi]
400084: 75 04 jne 40008a <dennis_like.non_palindrome>
400086: 39 e6 cmp esi,esp
400088: 77 f4 ja 40007e <dennis_like.palindrome_loop>
0040008a <dennis_like.non_palindrome>:
40008a: ff c8 dec eax ; invert the 0 / non-zero status of AL. xor al,1 works too, and produces a proper bool.
40008c: c9 leave
40008d: c3 ret
0x8e - 0x60 = 0x2e = 46 bytes