关于for,while,dowhile效率测试

引言

　　最近上班想到书中所说的每种循环的执行效率是不同的，而具体情况是怎么样我也记不清了，乘着有时间来研究研究，所以写下了这片博文。本文通过查看汇编代码比较各循环的效率以及i++,++i,i--,--i在循环中使用的效率问题，仅供抛砖引玉，测试平台操作系统为ubuntu，CPU为intel i5 4440，编译器为gcc-4.8.2。

测试代码1

　　此段代码我们主要测试在i--,--i,i++,++i的情况下，for循环、dowhile循环、while循环之间的执行效率情况。

1. #include <stdio.h>
   
2. 
   
3. /* 用于测试i--的while，for，dowhile循环情况 */
   
4. void minus1 (void)
   
5. {
   
6.     int i = 10;
   
7. 
   
8.     /* i-- while循环 */
   
9.     while (i--)
   
10.         ;
    
11. 
    
12.     i = 10;
    
13. 
    
14.     /* i-- dowhile循环 */
    
15.     do
    
16.         ;
    
17.     while (i--);
    
18. 
    
19.     /* i-- for循环 */
    
20.     for (i = 10; i != 0; i--)
    
21.         ;
    
22. }
    
23. 
    
24. /* 用于测试--i的while，for，dowhile循环情况 */
    
25. void minus (void)
    
26. {
    
27.     int i = 10;
    
28. 
    
29.     /* --i while循环 */
    
30.     while (--i)
    
31.         ;
    
32. 
    
33.     i = 10;
    
34. 
    
35.     /* --i dowhile循环 */
    
36.     do
    
37.         ;
    
38.     while (--i);
    
39. 
    
40.     /* --i for循环 */
    
41.     for (i = 10; i != 0; --i)
    
42.         ;
    
43. }
    
44. 
    
45. /* 用于测试i++的while，for，dowhile循环情况 */
    
46. void plus1 (void)
    
47. {
    
48.     int i = 0;
    
49. 
    
50.     /* i++ while循环 */
    
51.     while (i++ < 10)
    
52.         ;
    
53. 
    
54.     i = 0;
    
55. 
    
56.     /* i++ dowhile循环 */
    
57.     do
    
58.         ;
    
59.     while (i++ < 10);
    
60. 
    
61.     /* i++ for循环 */
    
62.     for (i = 0; i < 10; i++)
    
63.         ;
    
64. }
    
65. 
    
66. /* 用于测试++i的while，for，dowhile循环情况 */
    
67. void plus (void)
    
68. {
    
69.     int i = 0;
    
70. 
    
71.     /* ++i while循环 */
    
72.     while (++i < 10)
    
73.         ;
    
74. 
    
75.     i = 0;
    
76. 
    
77.     /* ++i dowhile循环 */
    
78.     do
    
79.         ;
    
80.     while (++i < 10);
    
81. 
    
82.     /* ++i for循环 */
    
83.     for (i = 0; i < 10; ++i)
    
84.         ;
    
85. }
    
86. 
    
87. 
    
88. int main (int argc, char * argv[])
    
89. {
    
90.     return 0;
    
91. }

    好的，通过以上简单的代码，在linux下编译时加上{-g -Wall}，再用{objdump -S 执行文件}命令即可查看运行文件的汇编代码，具体如下

1. #include <stdio.h>
   
2. 
   
3. void minus1 (void)
   
4. {
   
5.   4004ed:    55     push %rbp
   
6.   4004ee:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
   
7.     int i = 10;
   
8.   4004f1:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)             # i = 10
   
9. 
   
10.     while (i--)                                                        # while (i--)
    
11.   4004f8:    90     nop                                                # 空指令
    
12.   4004f9:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                          # eax = i                                        主循环
    
13.   4004fc:    8d 50 ff     lea -0x1(%rax),%edx                          # edx = rax - 1(rax的低32位为eax)                 主循环
    
14.   4004ff:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                          # i = edx                                        主循环
    
15.   400502:    85 c0     test %eax,%eax                                  # 等同于(i & i), 如果i不等于0,则结果也不为0          主循环
    
16.   400504:    75 f3     jne 4004f9 <minus1+0xc>                         # 不等于0则跳转至4004f9                            主循环
    
17.         ;
    
18. 
    
19.     i = 10;
    
20.   400506:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)             # i = 10
    
21. 
    
22.     do
    
23.         ;
    
24.     while (i--);                                                       # do ... while (i--);
    
25.   40050d:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                          # eax = i                                        主循环
    
26.   400510:    8d 50 ff     lea -0x1(%rax),%edx                          # edx = rax - 1(rax的低32位为eax)                 主循环
    
27.   400513:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                          # i = edx                                        主循环
    
28.   400516:    85 c0     test %eax,%eax                                  # 等同于(i & i), 如果i不等于0,则结果也不为0          主循环
    
29.   400518:    75 f3     jne 40050d <minus1+0x20>                        # 不等于0则跳转至40050d                            主循环
    
30. 
    
31.     for (i = 10; i != 0; i--)                                          # for (i = 10; i != 0; i--)
    
32.   40051a:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)             # i = 10
    
33.   400521:    eb 04     jmp 400527 <minus1+0x3a>                        # 跳转至400527
    
34.   400523:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                      # i = i - 1                                      主循环
    
35.   400527:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                      # i与0进行比较                                    主循环
    
36.   40052b:    75 f6     jne 400523 <minus1+0x36>                        # 比较结果不等于0则跳转至400523                     主循环
    
37.         ;
    
38. }
    
39. 
    
40. void minus (void)
    
41. {
    
42.   40052f:    55     push %rbp
    
43.   400530:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
    
44.     int i = 10;
    
45.   400533:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)
    
46. 
    
47.     while (--i)                                                     # while (--i)
    
48.   40053a:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                   # i = i - 1                                        主循环
    
49.   40053e:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                   # i与0比较                                          主循环
    
50.   400542:    75 f6     jne 40053a <minus+0xb>                       # 比较结果不等于0则跳转至40053a                       主循环
    
51.         ;
    
52. 
    
53.     i = 10;
    
54.   400544:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)
    
55. 
    
56.     do
    
57.         ;
    
58.     while (--i);                                                     # do ... while (--i);
    
59.   40054b:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i - 1                                       主循环
    
60.   40054f:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                    # i与0比较                                         主循环
    
61.   400553:    75 f6     jne 40054b <minus+0x1c>                       # 比较结果不等于0则跳转至40054b                      主循环
    
62. 
    
63.     for (i = 10; i != 0; --i)                                        # for (i = 10; i != 0; --i)
    
64.   400555:    c7 45 fc 0a 00 00 00     movl $0xa,-0x4(%rbp)           # i = 10
    
65.   40055c:    eb 04     jmp 400562 <minus+0x33>                       # 跳转至400562
    
66.   40055e:    83 6d fc 01     subl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i - 1                                       主循环
    
67.   400562:    83 7d fc 00     cmpl $0x0,-0x4(%rbp)                    # i与0比较                                         主循环
    
68.   400566:    75 f6     jne 40055e <minus+0x2f>                       # 比较结果不等于0则跳转至40055e                      主循环
    
69.         ;
    
70. }
    
71. 
    
72. void plus1 (void)
    
73. {
    
74.   40056a:    55     push %rbp
    
75.   40056b:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
    
76.     int i = 0;
    
77.   40056e:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)
    
78. 
    
79.     while (i++ < 10)                                                 # while (i++ < 10)     
    
80.   400575:    90     nop
    
81.   400576:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                        # eax = i                                         主循环
    
82.   400579:    8d 50 01     lea 0x1(%rax),%edx                         # edx = rax + 1(rax的低32位为eax)                  主循环
    
83.   40057c:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                        # i = edx                                         主循环
    
84.   40057f:    83 f8 09     cmp $0x9,%eax                              # eax与9比较                                       主循环
    
85.   400582:    7e f2     jle 400576 <plus1+0xc>                        # 比较结果不成立则跳转至400576                       主循环
    
86.         ;
    
87. 
    
88.     i = 0;
    
89.   400584:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)
    
90. 
    
91.     do
    
92.         ;
    
93.     while (i++ < 10);                                                # while (i++ < 10);
    
94.   40058b:    8b 45 fc     mov -0x4(%rbp),%eax                        # eax = i                                         主循环
    
95.   40058e:    8d 50 01     lea 0x1(%rax),%edx                         # edx = rax + 1(rax的低32位为eax)                  主循环
    
96.   400591:    89 55 fc     mov %edx,-0x4(%rbp)                        # i = edx                                         主循环
    
97.   400594:    83 f8 09     cmp $0x9,%eax                              # eax与9比较                                       主循环
    
98.   400597:    7e f2     jle 40058b <plus1+0x21>                       # 比较结果不成立则跳转至40058b                       主循环
    
99. 
    
100.     for (i = 0; i < 10; i++)                                         # for (i = 0; i < 10; i++)
     
101.   400599:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)           # i = 0                                         
     
102.   4005a0:    eb 04     jmp 4005a6 <plus1+0x3c>                       # 跳转至4005a6                                     
     
103.   4005a2:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                       主循环
     
104.   4005a6:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                         主循环
     
105.   4005aa:    7e f6     jle 4005a2 <plus1+0x38>                       # 比较结果不成立则跳转至4005a2                       主循环
     
106.         ;
     
107. }
     
108. 
     
109. void plus (void)
     
110. {
     
111.   4005ae:    55     push %rbp
     
112.   4005af:    48 89 e5     mov %rsp,%rbp
     
113.     int i = 0;
     
114.   4005b2:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)
     
115. 
     
116.     while (++i < 10)                                                 # while (++i < 10)
     
117.   4005b9:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                      主循环
     
118.   4005bd:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                        主循环
     
119.   4005c1:    7e f6     jle 4005b9 <plus+0xb>                         # 比较结果不成立则跳转至4005b9                       主循环
     
120.         ;
     
121. 
     
122.     i = 0;
     
123.   4005c3:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)
     
124. 
     
125.     do
     
126.         ;
     
127.     while (++i < 10);                                                # while (++i < 10);
     
128.   4005ca:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                      主循环
     
129.   4005ce:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                        主循环
     
130.   4005d2:    7e f6     jle 4005ca <plus+0x1c>                        # 比较结果不成立则跳转至4005b9                      主循环
     
131. 
     
132.     for (i = 0; i < 10; ++i)                                         # for (i = 0; i < 10; ++i)
     
133.   4005d4:    c7 45 fc 00 00 00 00     movl $0x0,-0x4(%rbp)           # i = 0
     
134.   4005db:    eb 04     jmp 4005e1 <plus+0x33>                        # 跳转至4005e1
     
135.   4005dd:    83 45 fc 01     addl $0x1,-0x4(%rbp)                    # i = i + 1                                       主循环
     
136.   4005e1:    83 7d fc 09     cmpl $0x9,-0x4(%rbp)                    # i与9比较                                         主循环
     
137.   4005e5:    7e f6     jle 4005dd <plus+0x2f>                        # 比较结果不成立则跳转至4005dd                       主循环
     
138.         ;
     
139. }

根据上述汇编代码，将其制成表格

	while主循环指令数	do...while主循环指令数	for主循环指令数
i--	5	5	3
--i	3	3	3
i++	5	5	3
++i	3	3	3

小结

    根据表格可清楚地看出，在while循环，do...while循环和for循环中，最优的循环效率为3条汇编指令，最不理想的情况为5条指令，对应的5条指令是在while循环和do...while循环中使用i--和i++控制循环的情况下产生的，效率较低，而其他情况下都为3条指令实现循环。在其中比较突出的是for循环，在for循环中无论使用i--,--i,i++还是++i控制循环都是最优的3条指令结构。而使用--i和++i控制循环结构的情况下，无论哪一种循环都是最优的主循环结构（3条指令）。