关于for,while,dowhile效率测试

引言

　　大家都知道每种循环对应的效率是不同的，书中都说在循环中使用减法的效率是比加法的效率高的，具体情况是怎么样，我们将详细列出各循环的执行效率问题。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

 #include <stdio.h>

 /* 用于测试i--的while，for，dowhile循环情况 */
 void minus1 (void)
 {
     int i = ;

     /* i-- while循环 */
     while (i--)
         ;

     i = ;

     /* i-- dowhile循环 */
     do
         ;
     while (i--);

     /* i-- for循环 */
     for (i = ; i != ; i--)
         ;
 }

 /* 用于测试--i的while，for，dowhile循环情况 */
 void minus (void)
 {
     int i = ;

     /* --i while循环 */
     while (--i)
         ;

     i = ;

     /* --i dowhile循环 */
     do
         ;
     while (--i);

     /* --i for循环 */
     for (i = ; i != ; --i)
         ;
 }

 /* 用于测试i++的while，for，dowhile循环情况 */
 void plus1 (void)
 {
     int i = ;

     /* i++ while循环 */
     while (i++ < )
         ;

     i = ;

     /* i++ dowhile循环 */
     do
         ;
     while (i++ < );

     /* i++ for循环 */
     for (i = ; i < ; i++)
         ;
 }

 /* 用于测试++i的while，for，dowhile循环情况 */
 void plus (void)
 {
     int i = ;

     /* ++i while循环 */
     while (++i < )
         ;

     i = ;

     /* ++i dowhile循环 */
     do
         ;
     while (++i < );

     /* ++i for循环 */
     for (i = ; i < ; ++i)
         ;
 }

 int main (int argc, char * argv[])
 {
     return ;
 }

测试代码1所生成的汇编代码如下：

 #include <stdio.h>

 void minus1 (void)
 {
   4004ed:                           push   %rbp
   4004ee:      e5                 mov    %rsp,%rbp
     int i = ;
   4004f1:    c7  fc 0a        movl   $0xa,-0x4(%rbp) 　　　　    # i = 

     while (i--)                                                     　  # while (i--)
   4004f8:                           nop                            　 # 空指令
   4004f9:    8b  fc                 mov    -0x4(%rbp),%eax            # eax = i                                     主循环
   4004fc:    8d  ff                 lea    -0x1(%rax),%edx            # edx = rax - (rax的低32位为eax)              主循环
   4004ff:      fc                 mov    %edx,-0x4(%rbp)            # i = edx                                     主循环
   :     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
   :     f3                    jne    4004f9 <minus1+0xc>        # 不等于0则跳转至4004f9                         主循环
         ;

     i = ;
   :    c7  fc 0a        movl   $0xa,-0x4(%rbp)            # i = 

     do
         ;
     while (i--);                                                        # do ... while (i--);
   40050d:    8b  fc                 mov    -0x4(%rbp),%eax            # eax = i                                      主循环
   :    8d  ff                 lea    -0x1(%rax),%edx            # edx = rax - (rax的低32位为eax)               主循环
   :      fc                 mov    %edx,-0x4(%rbp)            # i = edx                                      主循环
   :     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
   :     f3                    jne    40050d <minus1+0x20>       # 不等于0则跳转至40050d                          主循环

     for (i = ; i != 0; i--)                                           # for (i = 10; i != 0; i--)
   40051a:    c7  fc 0a        movl   $0xa,-0x4(%rbp)            # i =
   :    eb                     jmp     <minus1+0x3a>       # 跳转至400527
   :     6d fc               subl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i -                                     主循环
   :     7d fc               cmpl   $0x0,-0x4(%rbp)            # i与0进行比较                    　　           主循环
   40052b:     f6                    jne     <minus1+0x36>       # 比较结果不等于0则跳转至400523　　         　　   主循环
         ;
 }

 void minus (void)
 {
   40052f:                           push   %rbp
   :      e5                 mov    %rsp,%rbp
     int i = ;
   :    c7  fc 0a        movl   $0xa,-0x4(%rbp)

     while (--i)                                                         # while (--i)
   40053a:     6d fc               subl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i -       　　　　　　　　　　　　　　　　  主循环
   40053e:     7d fc               cmpl   $0x0,-0x4(%rbp)            # i与0比较        　　　　　　　　　　　　　　　　　主循环
   :     f6                    jne    40053a <minus+0xb>         # 比较结果不等于0则跳转至40053a       　　　　　　 主循环
         ;

     i = ;
   :    c7  fc 0a        movl   $0xa,-0x4(%rbp)

     do
         ;
     while (--i);                                                        # do ... while (--i);
   40054b:     6d fc               subl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i -               　　                 主循环
   40054f:     7d fc               cmpl   $0x0,-0x4(%rbp)            # i与0比较                      　　　　       主循环
   :     f6                    jne    40054b <minus+0x1c>        # 比较结果不等于0则跳转至40054b                 主循环

     for (i = ; i != 0; --i)                                           # for (i = 10; i != 0; --i)
   :    c7  fc 0a        movl   $0xa,-0x4(%rbp)            # i =
   40055c:    eb                     jmp     <minus+0x33>        # 跳转至400562
   40055e:     6d fc               subl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i -       　　                        主循环
   :     7d fc               cmpl   $0x0,-0x4(%rbp)            # i与0比较                                   主循环
   :     f6                    jne    40055e <minus+0x2f>        # 比较结果不等于0则跳转至40055e                 主循环
         ;
 }

 void plus1 (void)
 {
   40056a:                           push   %rbp
   40056b:      e5                 mov    %rsp,%rbp
     int i = ;
   40056e:    c7  fc         movl   $0x0,-0x4(%rbp)

     while (i++ < )                                                    # while (i++ < )
   :                           nop
   :    8b  fc                 mov    -0x4(%rbp),%eax            # eax = i                              　　　主循环
   :    8d                   lea    0x1(%rax),%edx             # edx = rax + (rax的低32位为eax)   　　　　  主循环
   40057c:      fc                 mov    %edx,-0x4(%rbp)            # i = edx                          　　　　  主循环
   40057f:     f8                  cmp    $0x9,%eax                  # eax与9比较                         　　　　 主循环
   :    7e f2                    jle     <plus1+0xc>         # 比较结果不成立则跳转至400576        　　　　  主循环
         ;

     i = ;
   :    c7  fc         movl   $0x0,-0x4(%rbp)

     do
         ;
     while (i++ < );                                                   # while (i++ < 10);
   40058b:    8b  fc                 mov    -0x4(%rbp),%eax            # eax = i                                    主循环
   40058e:    8d                   lea    0x1(%rax),%edx             # edx = rax + (rax的低32位为eax)             主循环
   :      fc                 mov    %edx,-0x4(%rbp)            # i = edx                                    主循环
   :     f8                  cmp    $0x9,%eax                  # eax与9比较                                  主循环
   :    7e f2                    jle    40058b <plus1+0x21>        # 比较结果不成立则跳转至40058b                  主循环

     for (i = ; i < 10; i++)                                            # for (i = 0; i < 10; i++)
   :    c7  fc         movl   $0x0,-0x4(%rbp)            # i =
   4005a0:    eb                     jmp    4005a6 <plus1+0x3c>        # 跳转至4005a6
   4005a2:      fc               addl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i +                                   主循环
   4005a6:     7d fc               cmpl   $0x9,-0x4(%rbp)            # i与9比较                                    主循环
   4005aa:    7e f6                    jle    4005a2 <plus1+0x38>        # 比较结果不成立则跳转至4005a2                  主循环
         ;
 }

 void plus (void)
 {
   4005ae:                           push   %rbp
   4005af:      e5                 mov    %rsp,%rbp
     int i = ;
   4005b2:    c7  fc         movl   $0x0,-0x4(%rbp)

     while (++i < )                                                    # while (++i < )
   4005b9:      fc               addl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i +                                    主循环
   4005bd:     7d fc               cmpl   $0x9,-0x4(%rbp)            # i与9比较                                     主循环
   4005c1:    7e f6                    jle    4005b9 <plus+0xb>          # 比较结果不成立则跳转至4005b9                   主循环
         ;

     i = ;
   4005c3:    c7  fc         movl   $0x0,-0x4(%rbp)

     do
         ;
     while (++i < );                                                   # while (++i < 10);
   4005ca:      fc               addl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i +                                    主循环
   4005ce:     7d fc               cmpl   $0x9,-0x4(%rbp)            # i与9比较                                     主循环
   4005d2:    7e f6                    jle    4005ca <plus+0x1c>         # 比较结果不成立则跳转至4005b9                   主循环

     for (i = ; i < 10; ++i)                                            # for (i = 0; i < 10; ++i)
   4005d4:    c7  fc         movl   $0x0,-0x4(%rbp)            # i =
   4005db:    eb                     jmp    4005e1 <plus+0x33>         # 跳转至4005e1
   4005dd:      fc               addl   $0x1,-0x4(%rbp)            # i = i +                                    主循环
   4005e1:     7d fc               cmpl   $0x9,-0x4(%rbp)            # i与9比较                                     主循环
   4005e5:    7e f6                    jle    4005dd <plus+0x2f>         # 比较结果不成立则跳转至4005dd                   主循环
         ;
 }

可以从汇编代码得出如下表格

	while主循环语句数	do...while主循环语句数	for主循环语句数
i--	5	5	3
--i	3	3	3
i++	5	5	3
++i	3	3	3

小结

　　可以从表中得出结论：循环效率最高也需要执行3条汇编语句，而最慢需要5条汇编语句，使用i--和i++进行循环控制时，不同的循环结构所对应的汇编代码量不同，最少的为for循环，只需要3条汇编指令，最多的为while循环，需要5条汇编指令，而当使用--i和++i进行循环控制时，无论哪一种循环结构执行效率都一样是最优的，都只需要3条代码，而无论使用i--,--i,i++,++i中哪一种，for循环的效率应该是最高的，都只用了3条汇编代码。