C语言循环的机器级实现

do-while循环

下图实现了对x变量二进制数中1的个数的计数

• do-while语句首先执行循环代码，然后再判断（不管条件是否满足，至少执行一次）
• 说明：

1. shrq指令为逻辑右移，当移位运算只有一个操作数时，默认移位数为1
2. ret指令为过程返回指令，break、return语句均相当于跳转指令
3. rep指令是字符串操作指令，当不涉及字符串相关操作时，rep指令配合另一个指令使用的话，相当于一条空指令。这样的意义在于流水线优化，因为连续两条跳转指令紧挨着排列可能影响流水线性能，故而在中间由空指令隔开

while循环的两种汇编语言模式

• 需要在进入循环体前先判断循环条件是否成立
• 一种汇编模式为jump-to-middle，使用-Og编译优化选项得到

1. 与do-while类似，只不过在第一次循环前有跳转语句先跳转到条件判断位置做判断，满足后再进入循环，如下图
2. 劣势：在执行前需进行两次跳转，而频繁进行跳转会导致系统性能下降

   

• 另一种编码模式为while模式，使用-o1编译优化选项得到

1. 也类似do-while，但在循环前先做循环条件检查
2. 优势：在进入循环前不需要跳转，减少了跳转次数，提高了时间效率，但代码量会更多些

for循环

• 由三个子语句组成：

1. 第一个子语句只会在循环前执行，做循环变量的基本初始化
2. 第二个子语句做循环条件检测
3. 第三个子语句做循环变量更新，在每次循环体结束，进入下一次循环之前执行（第一次进入循环不执行）

• 下图将for循环改造为while循环，进一步改造为do-while循环，最后改造为goto语句
• for循环转换为等价while循环

1. i=0进行循环变量初始化
2. while后条件做循环变量的条件检测
3. 在循环体后执行循环更新语句

• 在部分for循环中，编译器可作进一步优化。由于wsize为常量，i的初始化为0也是常量，故i<wsize实际为常量运算，可以优化掉。值得注意的是，并不是所有for循环的条件判断都可优化，若wsize或i初始时为变量，则不可优化

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