组合语言之艺术8

技术2022-05-11 118

附录二程式语言效率分析

以下为利用ASSEMBLY,BASIC,PASCAL,C,FORTRAN 等程式语言，将一个24x 24之点阵字形，放大成为48x 48，并分别比较其处理速度、占用空间以及制作时间。为了正确计算执行时间，特意作 10,000 次处理，至于指定的24x 24字形，则假设为一空格。

一、ASSEMBLY

组合语言变化无穷，先以一般的作法，用点阵位移来处理。 1: PAGE 60, 132 2: CG SEGMENT 3: BUFIN DB 72 DUP(0) 4: BUFOT DB 72*4 DUP(0) 5: ASSUME CS:CG,DS:CG,ES:CG 6: START: 7: MOV AX,CG 8: MOV DS,AX 9: MOV ES,AX 10: CLD 11: MOV BP,10000 ; 处理10,000次 12: S3: 13: SUB CX,CX 14: MOV BX,CX 15: MOV DX,1803H ; 计数用 16: MOV SI,OFFSET BUFIN ; 24*24 点阵起始位址 17: MOV DI,OFFSET BUFOT ; 预定48*48储存位址 18: MVBYTE: 19: MOV BH,DL ; 做三列 20: MVDB: 21: LODSB ; 取原点阵 22: MOV BL,AL 23: MOV CL,8 ; 做八位元 24: MVDB1: 25: RCL BL,1 ; 左移一次 26: PUSHF ; 保存状态 27: RCL AX,1 ; 两字同时左移一次 28: POPF ; 取出原移位状态 29: RCL AX,1 ; 再一次，得双位点值 30: LOOP MVDB1 ; 八次回路 31: STOSW ; 存入 32: MOV [DI+4],AX ; 上下放大一行 33: DEC BH ; 共 3列 34: JNZ MVDB 35: ADD DI,6 ; 移向次行 36: DEC DH 37: JNZ MVBYTE ; 共24行 38: DEC BP ; 执行10,000次 39: JNZ S3 ; 完成 40: MOV AX,4C00H 41: INT 21H 42: CG ENDS 43: END START 本程式制作时间，为十五分钟。经汇编后，得934 字元的执行程式，执行耗时14.5秒。若将上段程式加以分析，可以发现到此段程式执行时间全部浪费在23至30这一段「回路」中。为了增加速度，可以将空间加大，避开回路，连续执行八次「移位」动作如次： 23: RCL BL,1 24: RCL AX,1 25: SHL AX,1 26: 同上共八次  47: MOV CX,AX ; AX中为单位元值 48: SHR CX,1 ; CX得到双位元点阵值 49: OR AX,CX ; 双位元点阵合并似此，程式增大了36字元，但执行时间却减少为 7.1秒，速度快了一倍！是不是还是更好的方法呢？相信一定多得不计其数。比如说，我们已知原点阵放大一倍后点形为「双点」，以双点做表，取其对应之值，即可免除各点移位的手续，再将原程式第18条以下改为： 18: VT2: 19: CALL MVBYTE ; 放大一行 20: SUB SI,3 ; 纵向尚须放大一次 21: CALL MVBYTE ; 再放大一行 22: DEC DH ; 完成否？ 23: JNZ VT2 ; 再做 24: RET ; 完成 25: MVBYTE: 26: MOV CL,DL ; 一行有三字元 27: MVDB: 28: LODSB ; 取一字元 29: MOV AH,AL ; 分置两处 30: AND AX,0FF0H ; AH,AL 各取四位元 31: SHR AL,1 ; 右移四次还原 32: SHR AL,1 33: SHR AL,1 34: SHR AL,1 35: MOV BL,AL 36: MOV AL,BYTETB[BX] ; 左字元取预设表值 37: MOV BL,AH 38: MOV AH,BYTETB[BX] ; 右字元取表值 39: STOSW ; 得二字元置缓冲器中 40: LOOP MVDB ; 做三次 41: RET 42 ; 转换表 43: BYTETB DB 000H,003H,00CH,00FH,030H,033H,03CH,03FH 44: DB 0C0H,0C3H,0CCH,0CFH,0F0H,0F3H,0FCH,0FFH 45: CG ENDS 46: END START

再换个方法，因为有个XALT的指令，是专为这种程式所设计的。由第25条起，调整如下： 25: MVBYTE: 26: MOV CL,4 ; 供AL左移四位用 27: MOV BX,OFFSET BYTETB 28: MVDB: 29: LODSB ; 取一字元 30: MOV AH,AL ; 分置两处 31: AND AX,0F00FH ; AH,AL 各取四位元 32: SHR AL,CL 33: XLAT ; 将[BX+AL]值放AL中 34: XCHG AL,AH 35: XLAT 36: STOSW 37: DEC DL 38: JNZ MVDB 如此，执行程式959 字元，执行速度3.2 秒，效率更佳。上述程式的缺点为：在循环过程中，速度有所损失，而且用四位元查表也费事耗时。如果用一字元查表，则需增大「表」的对应值，再改为「总表」的方式，一次即可查到。且由第20行改起，并力求指令的精简，如： 20: MOV DX,OFFSET BYTETB 21: MVDB: 22: LODSB 23: SUB AH,AH 24: SHL AX,1 ; 一字元须变为二字元 25: ADD AX,DX ; 之位置以查表 26: MOV BX,AX ; BX可供间接定址用 27: MOV AX,[BX] ; 以一字元查表值 28: STOSW ; 查妥存入第一行 29: MOV [DI+4],AX ; 上下再重复一行 30: LODSB 31: SUB AH,AH ; 处 32: SHL AX,1 ; 理 33: ADD AX,DX 34: MOV BX,AX ; 材 35: MOV AX,[BX] ; 二 36: STOSW ; 列 37: MOV [DI+4],AX ; 38: LODSB ; 39: SUB AH,AH ; 处 40: SHL AX,1 ; 理 41: ADD AX,DX 42: MOV BX,AX ; 材 43: MOV AX,[BX] ; 三 44: STOSW ; 列 45: MOV [DI+4],AX ; 46: ADD DI,6 ; 再处理下一行 47: LOOP MVDB ; 共24次 48: DEC BP ; 做10,000次 49: JNZ S3 ; 完成 50: MOV AX,4C00H 51: INT 21H 52: RET

程式到此为止，下面还有一转换总表，可供各程式共用。 1:;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 2:; 转换表 ; 3:;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 4: BYTETB LABEL WORD 5: DB 000H,000H,000H,003H,000H,00CH,000H,00FH 6: DB 000H,030H,000H,033H,000H,03CH,000H,03FH 7: DB 000H,0C0H,000H,0C3H,000H,0CCH,000H,0CFH 8: DB 000H,0F0H,000H,0F3H,000H,0FCH,000H,0FFH 9: DB 003H,000H,003H,003H,003H,00CH,003H,00FH 10: DB 003H,030H,003H,033H,003H,03CH,003H,03FH 11: DB 003H,0C0H,003H,0C3H,003H,0CCH,003H,0CFH 12: DB 003H,0F0H,003H,0F3H,003H,0FCH,003H,0FFH 13: DB 00CH,000H,00CH,003H,00CH,00CH,00CH,00FH 14: DB 00CH,030H,00CH,033H,00CH,03CH,00CH,03FH 15: DB 00CH,0C0H,00CH,0C3H,00CH,0CCH,00CH,0CFH 16: DB 00CH,0F0H,00CH,0F3H,00CH,0FCH,00CH,0FFH 17: DB 00FH,000H,00FH,003H,00FH,00CH,00FH,00FH 18: DB 00FH,030H,00FH,033H,00FH,03CH,00FH,03FH 19: DB 00FH,0C0H,00FH,0C3H,00FH,0CCH,00FH,0CFH 20: DB 00FH,0F0H,00FH,0F3H,00FH,0FCH,00FH,0FFH 21: DB 030H,000H,030H,003H,030H,00CH,030H,00FH 22: DB 030H,030H,030H,033H,030H,03CH,030H,03FH 23: DB 030H,0C0H,030H,0C3H,030H,0CCH,030H,0CFH 24: DB 030H,0F0H,030H,0F3H,030H,0FCH,030H,0FFH 25: DB 033H,000H,033H,003H,033H,00CH,033H,00FH 26: DB 033H,030H,033H,033H,033H,03CH,033H,03FH 27: DB 033H,0C0H,033H,0C3H,033H,0CCH,033H,0CFH 28: DB 033H,0F0H,033H,0F3H,033H,0FCH,033H,0FFH 29: DB 03CH,000H,03CH,003H,03CH,00CH,03CH,00FH 30: DB 03CH,030H,03CH,033H,03CH,03CH,03CH,03FH 31: DB 03CH,0C0H,03CH,0C3H,03CH,0CCH,03CH,0CFH 32: DB 03CH,0F0H,03CH,0F3H,03CH,0FCH,03CH,0FFH 33: DB 03FH,000H,03FH,003H,03FH,00CH,03FH,00FH 34: DB 03FH,030H,03FH,033H,03FH,03CH,03FH,03FH 35: DB 03FH,0C0H,03FH,0C3H,03FH,0CCH,03FH,0CFH 36: DB 03FH,0F0H,03FH,0F3H,03FH,0FCH,03FH,0FFH 37: DB 0C0H,000H,0C0H,003H,0C0H,00CH,0C0H,00FH 38: DB 0C0H,030H,0C0H,033H,0C0H,03CH,0C0H,03FH 39: DB 0C0H,0C0H,0C3H,0C0H,0CCH,0C0H,0CFH,0C0H 40: DB 0C0H,0F0H,0C0H,0F3H,0C0H,0FCH,0C0H,0FFH 41: DB 0C3H,000H,0CH3,003H,0C3H,00CH,0C3H,00FH 42: DB 0C3H,030H,0C3H,033H,0C3H,03CH,0C3H,03FH 43: DB 0C3H,0C0H,0C3H,0C3H,0C3H,0CCH,0C3H,0CFH 44: DB 0C3H,0F0H,0C3H,0F3H,0C3H,0FCH,0C3H,0FFH 45: DB 0CCH,000H,0CCH,003H,0CCH,00CH,0CCH,00FH 46: DB 0CCH,030H,0CCH,033H,0CCH,03CH,0CCH,03FH 47: DB 0CCH,0C0H,0CCH,0C3H,0CCH,0CCH,0CCH,0CFH 48: DB 0CCH,0F0H,0CCH,0F3H,0CCH,0FCH,0CCH,0FFH 49: DB 0CFH,000H,0CFH,003H,0CFH,00CH,0CFH,00FH 50: DB 0CFH,030H,0CFH,033H,0CFH,03CH,0CFH,03FH 51: DB 0CFH,0C0H,0CFH,0C3H,0CFH,0CCH,0CFH,0CFH 52: DB 0CFH,0F0H,0CFH,0F3H,0CFH,0FCH,0CFH,0FFH 53: DB 0F0H,000H,0F0H,003H,0F0H,00CH,0F0H,00FH 54: DB 0F0H,030H,0F0H,033H,0F0H,03CH,0F0H,03FH 55: DB 0F0H,0C0H,0F0H,0C3H,0F0H,0CCH,0F0H,0CFH 56: DB 0F0H,0F0H,0F0H,0F3H,0F0H,0FCH,0F0H,0FFH 57: DB 0F3H,000H,0F3H,003H,0F3H,00CH,0F3H,00FH 58: DB 0F3H,030H,0F3H,033H,0F3H,03CH,0F3H,03FH 59: DB 0F3H,0C0H,0F3H,0C3H,0F3H,0CCH,0F3H,0CFH 60: DB 0F3H,0F0H,0F3H,0F3H,0F3H,0FCH,0F3H,0FFH 61: DB 0FCH,000H,0FCH,003H,0FCH,00CH,0FCH,00FH 62: DB 0FCH,030H,0FCH,033H,0FCH,03CH,0FCH,03FH 63: DB 0FCH,0C0H,0FCH,0C3H,0FCH,0CCH,0FCH,0CFH 64: DB 0FCH,0F0H,0FCH,0F3H,0FCH,0FCH,0FCH,0FFH 65: DB 0FFH,000H,0FFH,003H,0FFH,00CH,0FFH,00FH 66: DB 0FFH,030H,0FFH,033H,0FFH,03CH,0FFH,03FH 67: DB 0FFH,0C0H,0FFH,0C3H,0FFH,0CCH,0FFH,0CFH 68: DB 0FFH,0F0H,0FFH,0F3H,0FFH,0FCH,0FFH,0FFH 69: CG ENDS 70: END START 本程式因为加了个转换表，空间增大为1471字元，但速度却加快为2.5 秒，这是空间换时间的最佳例证。

二、Ｃ

Ｃ近来极受美国各系统公司的推崇，我们特以之与组合语言作个比较，但不幸的是在指令的精简上，就显得力不从心，不像组合语言那样可以斤斤计较。因此，我们只能就点阵移位、查小表及查总表的方式，测试其效率。首先，利用查大表的方式如下：

1: main() 2: { 3: unsigned char s[24][3]; 4: unsigned short tab[256], d[48][3], count; 5: register short i,j,k; 6: 7: for (count = 0; count < 10000; count++) 8: { 9: k = 0; 10: for (i = 0; i < 24; i++) 11: { 12: for (j = 0; j < 3; j++) 13: d[k][j] = d[k + 1][j] = tab[s[i][j]]; 14: k += 2; 15: } 16: } 17: }

程式制作时间10分钟，较组合语言稍快；占用空间4575字元，则大了三倍，至于执行速度为18秒，慢了七倍之多。再换个方法，试一试查小表如次： 1: main() 2: { 3: unsigned char i,j, s[24][3], d[48][6], tab[16]; 4: unsigned short count; 5: register short k, l, x; 6: 7: for (count = 0; count < 10000; count++) 8: { 9: k = 0; 10: for (i = 0; i < 24; i++) 11: { 12: l = 0; 13 for (j = 0; j < 3; j++) 14: { 15: x = s[i][j]; 16: d[k][l] = d[k + 1][l] = tab[x & 0360 >> 4]; 17: d[k][l+1] = d[k + 1][l + 1] = tab[x & 017]; 18: l += 2; 19: } 20: k += 2; 21: } 22: } 23: } 占用空间为4,693 字元，比组合语言大了五倍；速度为30秒，则慢了四倍多。这证明了组合语言的灵活性，在空时效率交换的技术运用下，可以选择最有利的条件。再看利用位置的方式，结果如何？

1: main() 2: { 3: unsigned char ss[24][3]; 4: unsigned short dd[48][3]; 5: int i, k, count; 6: register short d, j; 7: register unsigned char s; 8: 9: for (count = 0; count < 10000; count++) 10: { 11: k = 0; 12: for (i = 0; i < 24; i++) 13: { 14: for (j = 0; j < 3; j++) 15: { 16: s = ss[i][j]; 17: d = 0; 18: if (s & 01) 19: d |= 03; 20: if (s & 02) 21: d |= 014; 22: if (s & 04) 23: d |= 060; 24: if (s & 010) 25: d |= 0300; 26: if (s & 020) 27: d |= 01400; 28: if (s & 040) 29: d |= 06000; 30: if (s & 0100) 31: d |= 030000; 32: if (s & 0200) 33: d |= 0140000; 34: dd[k + 1][j] = dd[k][j] = d; 35: } 36: k += 2; 37: } 38: } 39:}

占用的空间为 4,727字元，较组合语言大四倍，执行时间29秒，差不多是四倍的差异。这种采用高阶指令的方式，拉近了Ｃ与组合语言的距离。足证纵然使用组合语言，若不采用精简指令的技巧，其效率不彰。一般程式师很少在组合语言的技巧上下功夫, 以致不能认识组合语言的真面目。

三、BASIC

10: DIM wd24(23,2),WD48(47,5),table(255),mask(7) 20: r1=0 30: r2=0 40: REM 用测试点的方式，每字元分八次处理。 50: mask(0)=0 60: mask(1)=2 70: FOR i=2 TO 7 80: mask(i)=mask(i-1)*2 90: NEXT i100: INPUT A$110: FOR count=1 TO 10120: K=0130: FOR i=O TO 23140: T=0150: FOR j=0 TO 2160: FOR m=0 TO 7170: temp=table(wd24(i,j))180: temp=temp AND mask(m)190: IF temp=128 THEN r1=192 AND r1200: IF temp=64 THEN r1=48 AND r1210: IF temp=32 THEN r1=12 AND r1220: IF temp=16 THEN r1=3 AND r1230: IF temp=8 THEN r2=192 AND r2240: IF temp=128 THEN r2=48 AND r2250: IF temp=64 THEN r2=12 AND r2260: IF temp=32 THEN r2=3 AND r2270: NEXT m280: wd48(K,T)=r1290: wd48(K,T+1)=r2300: wd48(K+1,T)=r1310: wd48(K+1,T+1)=r2320: T=T+2330: NEXT j340: K=K+2350: NEXT i360: NEXT count370: PRINT "FINISHED"380: END

本程式制作时间为10分钟，执行程式共占12,764字元，执行时间为23,000秒！足证BASIC 不适用于点阵处理，由于上述的处理方法是以移位为主，因BASIC 没有专用的指令，所以非常不利。现在改用查表方法，再看如何。

10: REM 本程式将24*2４的点阵以查表方式转为48*48 20: REM 本程式用QuickBasic Version 4.00 Microsoft inc. 30: DIM WD24(23,2),WD48(47,2).TABLE(255) 40: FOR K=1 TO 100 50: T=0 60: FOR I=0 TO 23 70: FOR J=0 TO 2 80: A=TABLE(WD24(I,J)) 90: WD48(T,J)=A100: WD48(T+1,J)=A110: NEXT J120: NEXT I130: NEXT K140: END

本程式所用对照表与一、同，执行程式占11,642字元，执行时间共计1,800 秒。其他的改进方法当然还有，可是看来已接近极限。

四、PASCAL

PASCAL仅适用于查总表的方式，在我们没有发展出「制表法」以前，几乎要放弃这个试验。现在，且沿用组合语言所用的总表，看其效率如何吧！

1: PROGRAM PASTABLE; 2: VAR 3: SOURCE :PACKED ARRAY[1…24,1…3] OF -128…127; 4: OBJCT :ARRAY[1…48,1…3] OF INTEGER; 5: TABLE :ARRAY[0255] OF INTEGER; 6: I,J,K,N:INTEGER; 7: BEGIN 8: FOR N:=1 TO 10000 DO 9: BEGIN 10: K:=O; 11: FOR I:=1 TO 24 DO 12: BEGIN 13: FOR J:=1 TO 3 DO 14: BEGIN 15: OBJCT[K,J]=TABLE[SOURCE[I,J]; 16: OBJCT[K+1,J]=OBJCT[K,J] 17: END; 18: K:=K+2 19: END 20: END 21: END.

本程式制作需时10分钟，空间占11,650字元，执行时间为17秒，较BASIC 为佳。显然 PASCAL 的效率较Ｃ及组合语言为差，但若不计总表，程式仅21条，差强人意。

五、FORTRAN

同样的，FORTRAN 也只能用查表的方法，程式如下：

1: DIMENSION IT1(24,3(,IT2(48,6),IT3(256) 2: DO 40 II=1,10000 3: DO 30 I=1,24 4: M=I+I 5: DO 30 J=1,3 6: K=IT3(IT1(I,J)) 7: IT2(M-1,J)=K 8: 30 IT2(M,J)=K 9: 40 CONTINUE 10: END 这段程式也是用查表的方式，制作时间７分钟，执行程式 9,959字元，比Ｃ稍大，执行速度也较慢，为20秒。另外，在 FORTRAN中也没有找到适合的位元控制指令，因此很难再加改进。从上述的试验中，可以看出这几种语言的效率差异。不论用什么方法，组合语言明显地遥遥领先。就制作时间而言，因为程式简单，看不出很大分别。事实上，组合语言的确比较复杂，只是我们习惯成自然，有了经验，所以制作时显得轻松。以下为上述测试的统计表： ┌────┬────┬────┬──────┬─────┬──────┐ │处理方式│程式语言│制作时间│ 程式空间 │执行速度 │ 备注 │ │ │ │（分钟）│ （字元） │ （秒） │ │ ├────┼────┼────┼──────┼─────┼──────┤ │点阵位移│组合语言│ 15 │ 970 │ 7.1 │ │ │ │C │ 10 │ 4,727 │ 29.0 │ │ │ │BASIC□│ 10 │ 12,764 │ 23,000.0 │ │ ├────┼────┼────┼──────┼─────┼──────┤ │查小表法│组合语言│ 15 │ 949 │ 3.2 │边际效益最高│ │ │C │ 10 │ 4,693 │ 30.0 │ │ ├────┼────┼────┼──────┼─────┼──────┤ │查总表法│组合语言│ 15 │ 1,441 │ 2.5 │速度效益最高│ │ │C │ 10 │ 4,575 │ 18.0 │ │ │ │PASCAL │ 10 │ 11,650 │ 17.0 │ │ │ │FORTRCN │□7 │ 9,959 │ 20.0 │ │ │ │BASIC │ 10 │ 11,692 │ 1,800.0 │ │ └────┴────┴────┴──────┴─────┴──────┘

专利

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