C语言调用汇编及使用指令集对代码进行优化实例教程

搭建环境

x264使用汇编优化的思想是将汇编代码编译到一个静态库里，供C代码调用，所以首先需要构建一个汇编函数得静态库。因为手动配置使用yasm来编译汇编文件，并生成一个lib相当麻烦，我选择的是使用cmake来构建。

在demo里有一个sum.asm的汇编文件，文件里是所有的汇编函数，通过yasm编译后生成sum.obj，然后通过sum.obj来创建一个sum.lib库供C代码使用。还有一个main。c的C文件，用来生成可执行文件main，CMakeLists.txt文件如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">cmake_minimum_required(VERSION 3.0.00) project (asm) find_program(YASM_EXECUTABLE      NAMES yasm yasm-1.2.0-win32 yasm-1.2.0-win64     HINTS $ENV{YASM_ROOT} ${YASM_ROOT}     PATH_SUFFIXES bin ) set(FLAGS -f win64 -DARCH_X86_64=1) add_custom_command(         OUTPUT sum.obj         COMMAND ${YASM_EXECUTABLE}  ARGS ${FLAGS} ../source/sum.asm -o sum.obj         DEPENDS sum.asm) #添加静态库sum add_library( sum  STATIC sum.obj sum.asm ) set_target_properties(sum PROPERTIES LINKER_LANGUAGE C) #添加使用静态库的可执行程序main add_executable( main main.c ) target_link_libraries(main sum )</pre>

其中find_program是在系统环境变量中寻找看是否有yasm汇编器，在此假设是有的。

需要注意的是在COMMAND ${YASM_EXECUTABLE} ARGS ${FLAGS} ../source/sum.asm -o sum.obj中指定汇编文件的路径得是相对与工程文件所在的相对路径，所以这里是../source/sum.asm

至此环境搭建完毕，使用cmake就能生成需要的汇编lib工程和调用汇编函数得可执行文件工程。在vs上如下图所示

关于汇编

先写一个最简单的例子（在此针对的是64bit汇编），假设main函数里需要对两个数字求和，代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">int sum(int a, int b);//此函数通过汇编实现 int main(int argc, char *argv[]) {     int num = sum(2, 3);     return 0; }</pre>

那麽对应的汇编实现sum函数的代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">global sum sum:     add ecx, edx ;直接使用ecx和edx寄存器中的参数     mov eax, ecx     ret</pre>

这是一个最简单的C调用汇编函数得demon，在写汇编函数的时候碰到了以下问题：

之前学习的都是32位汇编的时候，函数参数的传递都是通过栈来完成的，在64位汇编中，前四个参数是通过寄存器ecx、edx、r8、r9来传递的，只有参数个数大于4个后才通过栈来传递，所在在以上汇编代码中直接使用了寄存器ecx和edx中的值

当函数参数个数大于4时，假设C代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">int sum(int a, int b, int c, int d, int e); int main(int argc, char *argv[]) {     int num = sum(2, 3, 4, 5, 6);     return 0; }</pre>

对应的汇编代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">global sum sum:     add rcx, rdx     add rcx, r8     add rcx, r9     mov rdx, [rsp   40] ;从栈中取出第5个参数放入rdx寄存器     add rcx, rdx     mov rax, rcx     ret</pre>

此处需要注意的是：前四个参数是通过寄存器传递，从栈中取出第五个参数时，并不是从rsp 8的地方取，而是从rsp 40（40 = 4*8 8）的地方取，说明虽然前四个参数是通过寄存器传递，但是在栈中还是占用了相应的空间，我对此的理解是为了__stdcall和__cdecll的兼容吧。

使用指令集优化（SSE AVX等）

首先来看一下SIMD寄存器

SSE使用到的SIMD寄存器是128bit，一共有16个，从XMM0到XMM15

AVX拓展出来的SIMD寄存器是256bit，一共也是16个，从YMM0到YMM16，当然AVX也能使用SSE的XMM寄存器

AVX2.0的时候将寄存器拓展到了512bit，一共有32个，从ZMM0到ZMM31

假设我们的main函数是对两个数组进行求和，代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">#define N 8 int sum(float a[], float b[]); int sum_c(float a[], float b[]) {     for (int i = 0; i < N; i )     {         a[i]  = b[i];     }     return 0; } int main(int argc, char *argv[]) {     float a[N] = { 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0 };     float b[N] = { 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 };     //将数组b[N]中的数据加到数组a[n]中     sum_c(a, b);//不使用汇编优化     sum(a, b);//使用汇编优化     return 0; }</pre>

可以看到，不使用汇编优化的话，在sum_c函数中，我们需要依次计算出a[i] b[i]的和并保存在a[i]中。

如果使用SSE指令集优化的话，代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">global sum sum:     movups xmm0, [rcx]     movups xmm1, [rdx]     movups xmm2, [rcx   16]     movups xmm3, [rdx   16]     addps xmm0, xmm1     addps xmm2, xmm3     movups [rcx], xmm0     movups [rcx   16], xmm2          ret</pre>

    
可以看到，只需要进行两次加法运算就能计算出a[8]和b[8]中8个数字相加的和，这里需要进行两次计算是因为xmm寄存器是128bit，所以每次只能计算4个float数据，8个数据得分两次计算。

使用AVX指令集优化代码如下：

<pre class="brush:cpp;toolbar:false">global sum sum:     vmovups ymm1, [rcx]     vmovups ymm2, [rdx]     vaddps ymm0, ymm1, ymm2     vmovups [rcx], ymm0          ret</pre>

因为AVX使用到了256bit的ymm寄存器，所以一次可以处理8个32bit的float数据，一次计算就能完成两组8个float数据分别的求和操作。

正常编写的c语言程序编译器会自动进行针对特定指令集用汇编语言优化吗

我的意思是，假如我写一段实现某个算法的C语言代码，我的计算机支持SSE4指令集，那么在编译的时候，编译器会自动挖掘算法中的并行部分，用SSE4的并行指令挖掘可以并行执行的部分生成汇编代码和可执行问件吗？

编译器用gcc或者vc

提问者采纳

这个要看你使用什么编译器了。查看编译器的帮助文档，它会告诉你它支持那些指令集，并且做哪些可能的优化。

不同的编译器，是不一样的。

补充：GCC 不太清楚，你连VC 的版本都不说。汗，VC6是不支持SSE的，需要安装VC6SP5。
VS2005 和 VS2008 都支持 SSE。对 SSE/MMX 指令集优化得最好的，还是 Intel 的 c 编译器。

对并行和高性能计算，Fortran 的优势比较大。特别是 Fortran2003 的新特征，为并行计算做了很多专门的设定。Intel 也有 Fortran 的编译器。

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