C语言 x86_64处理器下利用gcc内联汇编实现打印char的二进制编码

本文主要是介绍C语言 x86_64处理器下利用gcc内联汇编实现打印char的二进制编码，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

由于汇编语言针对特定机器，因此给出大端/小端机器下的2种不同代码

实现思路

1. 使用shlb依次移出每一位到CF
2. 使用setb将CF的值转移到cl
3. 将rcx左移/循环右移8位，视机器不同而不同
4. 重复上述操作8次

64位小端机器

char* chr2bin(uint8_t ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;uint64_t a;asm("shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t": "=c"(a): "a"(ch));*(uint64_t*)buf = a + 0x3030303030303030;return buf;
}

以下方法也可行，但用时略长。测试346.2MB文件时，该方案比上面的方案用时长约30ms。

char* chr2bin(uint8_t ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;uint64_t a;asm("shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tbswap %0": "=c"(a): "a"(ch));*(uint64_t*)buf = a + 0x3030303030303030;return buf;
}

64位大端机器

由于此类机器比较罕见，因此未做测试，仅理论上可行。

char* chr2bin(uint8_t ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;uint64_t a;asm("shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\tshlq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl": "=c"(a): "a"(ch));*(uint64_t*)buf = a + 0x3030303030303030;return buf;
}

测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>char* chr2bin(uint8_t ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;uint64_t a;asm("shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t": "=c"(a): "a"(ch));*(uint64_t*)buf = a + 0x3030303030303030;return buf;
}int main() {char a = 0x56;char buf[8*sizeof(char) + 1];puts(chr2bin(a, buf));return 0;
}

输出如下

01010110

可见达到目的。

与传统方法用时对比

传统方法使用移位判断。具体函数如下

char* print_bin(char ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;for(char i = 0; i < 8; i++)buf[i] = (ch & (128 >> i))?'1':'0';return buf;
}

读取一个346.2MB的大文件，对2种方法分别进行测试。测试所用代码如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>char* chr2bin(uint8_t ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;uint64_t a;asm("shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t""shlb %1\n\tsetb %%cl\n\trorq $8, %0\n\t": "=c"(a): "a"(ch));*(uint64_t*)buf = a + 0x3030303030303030;return buf;
}char* print_bin(char ch, char buf[8*sizeof(char) + 1]) {buf[8*sizeof(char)] = 0;for(char i = 0; i < 8; i++)buf[i] = (ch & (128 >> i))?'1':'0';return buf;
}unsigned long get_start_ms() {struct timespec ts;clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);return (ts.tv_sec * 1000 + ts.tv_nsec / 1000000);
}char data[65536];
int main(int argc, char** argv) {FILE *fp = NULL;int cnt = 0;char buf[8*sizeof(char) + 1];fp = fopen(argv[1], "rb");if(!fp){fputs("Read file error!", stderr);return 1;}//预加载，防止中断延时while((cnt = fread(data, 1, 65536, fp)));rewind(fp);puts("开始测试...");unsigned long t = get_start_ms();while((cnt = fread(data, 1, 65536, fp))){for(int ch = 0; ch < cnt; ch++) chr2bin(data[ch], buf);}printf("内联汇编用时%lums\n", get_start_ms() - t);rewind(fp);t = get_start_ms();while((cnt = fread(data, 1, 65536, fp))){for(int ch = 0; ch < cnt; ch++) print_bin(data[ch], buf);}printf("传统方法用时%lums\n", get_start_ms() - t);return 0;
}

使用clang -O0参数编译，运行结果如下

开始测试...
内联汇编用时1941ms
传统方法用时6064ms

显然，内联汇编实现的代码执行速度更快，用时约为传统方法的1/3。理论上使用向量指令集SSE/AVX等或使用GPU还可获得更大的加速，在此就不做展开了。

这篇关于C语言 x86_64处理器下利用gcc内联汇编实现打印char的二进制编码的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---