代码优化常识

32位代码优化常识
原作者:  Benny/29A
翻译改写:hume/冷雨飘心

[注意:这不是鹦鹉学舌的翻译,我尽量以我的理解传达原文的本意]

关于代码优化的文章实在太多了,遗憾的是大部分我都没有看,尽管他们就摆在我的床边(每当我要看的时候就忍不住打哈欠...嘿嘿).这篇文章较短所以翻了一下.

代码优化的含义:

代码优化的目标当然是体积小和速度快,但是在通常的情况下二者就象鱼和熊掌一样不能得兼,我们通常寻找的是这二者的折中,究竟应该偏向何方,那就得具体看我们的实际需要.

但有些常识是我们应该牢记的,下面就结合我们最常遇到的具体情况来漫谈一下:

1.寄存器清0
        我绝对不想再看到下面的写法:
        1)      mov eax, 00000000h                    ;5 bytes
       
        看起来上面的写法很符合逻辑,但你应当意识到还有更加优化的写法:
        2)      sub eax, eax                          ;2 bytes

        3)      xor eax, eax                          ;2 bytes
        看看后面的字节数你就应该理解为什么要这么作了,除此之外,在速度上也没有损失,他们一样快,但你喜欢xor还是sub呢?我是比较喜欢xor,原因很简单,因为我数学不好....
        不过Microsoft比较喜欢sub....我们知道windows运行的慢....(呵呵,当然是玩笑这并不是真正原因X-D!)

2.测试寄存器是否为0
        我也不希望看到下面的代码:
        1)      cmp eax, 00000000h                    ;5 bytes
                je _label_                            ;2/6 bytes (short/near)

        [* 注意很多指令针对eax作了优化,你要尽可能多地实用eax,比如CMP EAX, 12345678h (5 bytes)
        如果你使用其他寄存器,就是6bytes *]
       
        让我们看看,简单的比较指令居然要用7/11 bytes,No No No,试试下面的写法:
        2)      or eax, eax                          ;2 bytes
                je _label_                            ;2/6 (short/near)

        3)      test eax, eax                        ;2 bytes
                je _label_                            ;2/6 (short/near)

        呵呵,只有4/8 bytes,看看我们可节省多少字节啊3/4字节...那么接下来的问题是你喜欢OR还是TEST呢,就我个人而言,比较喜欢TEST,因为test不改 变任何寄存器,并不向任何寄存器写入内容,这通常能在pentium机上取得更快的执行速度.
       
        别高兴的太早,因为还有更值得我们高兴的事情,假如你要判断的的是eax寄存器,那么看看下面的,是不是更有启发?
        4)      xchg eax, ecx                        ;1 byte
                jecxz _label_                        ;2 bytes
        在短跳转的情况下我们比2)和3)又节省了1字节.oh....___...

3.测试寄存器是否为0FFFFFFFFh
        一些API返回-1,因此如何测试这个值呢?看你可能又要这样:
        1)      cmp eax, 0ffffffffh                  ;5 bytes
                je _label_                            ;2/6 bytes
        hey,不要这样,写代码的时候想一想,于是有了下面的写法:
        2)      inc eax                              ;1 byte
                je _label_                            ;2/6 bytes
                dec eax                              ;1 byte

        可以节省3 bytes并且执行速度会更快.

4.置寄存器为0FFFFFFFFh
        看看假如你是Api的作者,如何返回-1?这样吗?
        1)      mov eax, 0ffffffffh                  ;5 bytes

        看了上面的不会再这么XXX了吧?看看下面的:
        2)      xor eax, eax / sub eax, eax          ;2 bytes
                dec eax                              ;1 byte
        节省一个字!还有写法:
        3)      stc                                  ;1 byte
                sbb eax, eax                          ;2 bytes
        这有时还可以优化掉1 byte:
                jnc _label_
                sbb eax, eax                          ;2 bytes only!
      _label_: ...

      我们为什么用asm呢?这就是原因.

5.寄存器清0并移入低字数值
        1)      xor eax, eax                          ;2 bytes
                mov ax, word ptr [esi+xx]            ;4 bytes
        ????--->不会吧,这可能是最多初学者的写法了,我当然原来也是,看了benny的文章之后我决定改写为:
        2)      movzx eax, word ptr [esi+xx]          ;4 bytes
        收获2 bytes!

        下面的
        3)      xor eax, eax                          ;2 bytes
                mov al, byte ptr [esi+xx]            ;3 bytes

        就相应改为:
        4)      movzx eax, byte ptr [esi+xx]          ;4 bytes

        我们应当尽可能利用movzx
        5)      xor eax, eax                          ;2 bytes
                mov ax, bx                            ;3 bytes

        因为执行速度不慢并通常能节省字节...
        6)      movzx eax, bx                        ;3 bytes

6.关于push,下面是着重代码体积的优化,因为寄存器操作总要比内存操作要快.

        1)      mov eax, 50h                          ;5 bytes

        这样就小了1 word

        2)      push 50h                              ;2 bytes
                pop eax                              ;1 byte
       
        当操作数只有1字节时候,push只有2 bytes,否则就是5 bytes,记住!
        下一个问题,向堆栈中压入7个0

        3)      push 0                                ;2 bytes
                push 0                                ;2 bytes
                push 0                                ;2 bytes
                push 0                                ;2 bytes
                push 0                                ;2 bytes
                push 0                                ;2 bytes
                push 0                                ;2 bytes

      占用14字节,显然不能满意,优化一下
        4)      xor eax, eax                          ;2 bytes
                push eax                              ;1 byte
                push eax                              ;1 byte
                push eax                              ;1 byte
                push eax                              ;1 byte
                push eax                              ;1 byte
                push eax                              ;1 byte
                push eax                              ;1 byte

        可以更紧凑,但会慢一点的形式如下:

        5)      push 7                                ;2 bytes
                pop ecx                              ;1 byte
      _label_:  push 0                                ;2 bytes
                loop _label_                          ;2 bytes

        可以节省7字节....

        有时候你可能会从将一个值从一个内存地址转移到另外内存地址,并且要保存所有寄存器:

        6)      push eax                              ;1 byte
                mov eax, [ebp + xxxx]                  ;6 bytes
                mov [ebp + xxxx], eax                  ;6 bytes
                pop eax                                ;1 byte

        试试push,pop

        7)      push dword ptr [ebp + xxxx]            ;6 bytes
                pop dword ptr [ebp + xxxx]            ;6 bytes
7.乘法
   
        当eax已经放入被乘数,要乘28h,如何来写?
        1)      mov ecx, 28h                          ;5 bytes
                mul ecx                              ;2 bytes

      好一点的写法如下:

        2)      push 28h                              ;2 bytes
                pop ecx                              ;1 byte
                mul ecx                              ;2 bytes

        哇这个更好::

        3)      imul eax, eax, 28h                    ;3 bytes

        intel在新CPU中提供新的指令并不是摆设,需要你的使用.

8.字符串操作


        你如何从内存取得一个字节呢?
        速度快的方案:
        1)      mov al/ax/eax, [esi]                  ;2/3/2 bytes
                inc esi                              ;1 byte

        代码小的方案:
        2)      lodsb/w/d                            ;1 byte

        我比较喜欢lod因为他小,虽然速度慢了点.
       
        如何到达字符串尾呢?
      JQwerty's method:

        9)      lea esi, [ebp + asciiz]              ;6 bytes
      s_check: lodsb                                ;1 byte
                test al, al                          ;2 bytes
                jne s_check                          ;2 bytes

        Super's method:

        10)    lea edi, [ebp + asciiz]              ;6 bytes
                xor al, al                            ;2 bytes
      s_check: scasb                                ;1 byte
                jne s_check                          ;2 byte

      选择哪一个?Super的在386以下的更快,JQwerty的在486以及pentium上更快,体积一样,选择由你.

9.复杂一点的...

        假设你有一个DWORD表,ebx指向表的开始,ecx是指针,你想给每个doword加1,看看如何作:
        1)      pushad                                ;1 byte
                imul ecx, ecx, 4                      ;3 bytes
                add ebx, ecx                          ;2 bytes
                inc dword ptr [ebx]                  ;2 bytes
                popad                                ;1 byte

        可以优化一点,但是好像没人用:

        2)      inc dword ptr [ebx+4*ecx]            ;3 bytes

        一条指令就节省6字节,而且速度更快,更易读,但好像没有什么人用?...why?
        还可以有立即数:
        3)      pushad                                ;1 byte
                imul ecx, ecx, 4                      ;3 bytes
                add ebx, ecx                          ;2 bytes
                add ebx, 1000h                        ;6 bytes
                inc dwor ptr [ebx]                    ;2 bytes
                popad                                ;1 byte

        优化为:
        4)      inc dword ptr [ebx+4*ecx+1000h]      ;7 bytes

        节省了8字节!
       

        看一下lea指令能为我们干点什么呢?
                lea eax, [12345678h]

        eax的最后结果是什么呢?正确答案是12345678h.

        假设 EBP = 1
                lea eax, [ebp + 12345678h]
        结果是123456789h....呵呵比较一下:
                lea eax, [ebp + 12345678h]            ;6 bytes
                ==========================
                mov eax, 12345678h                    ;5 bytes
                add eax, ebp                          ;2 bytes

        5) 看看:
                mov eax, 12345678h                    ;5 bytes
                add eax, ebp                          ;2 bytes
                imul ecx, 4                          ;3 bytes
                add eax, ecx                          ;2 bytes

        6) 用lea来进行一些计算我门将从体积上得到好处:

                lea eax, [ebp+ecx*4+12345678h]        ;7 bytes

        速度上一条lea指令更快!不影响标志位...记住下面的格式,在许多地方善用他们你可以节省时间和空间.
                OPCODE <SIZE PTR> [BASE + INDEX*SCALE + DISPLACEMENT]

10.下面是关于病毒重定位优化的,惧毒人士请绕行...
       
        下面的代码你不应该陌生
        1)      call gdelta
        gdelta: pop ebp
                sub ebp, offset gdelta

        在以后的代码中我们这样使用delta来避免重定位问题
                lea eax, [ebp + variable]

        这样的指令在应用内存数据的时候是不可避免的,如果能优化一下,我门将会得到数倍收益,打开你的sice或者trw或者ollydbg等调试器,看看:
        3)      lea eax, [ebp + 401000h]              ;6 bytes
       
        假如是下面这样     
        4)      lea eax, [ebp + 10h]                  ;3 bytes

        也就是说如果ebp后面变量是1字节的话,总的指令就只有3字节       
        修改一下最初的格式变为:

        5)      call gdelta
        gdelta: pop ebp

        在某些情况下我们的指令就只有3字节了,可以节省3字节,嘿嘿,让我们看看:
        6)      lea eax, [ebp + variable - gdelta]    ;3 bytes

        和上面的是等效的,但是我们可以节省3字节,看看CIH...

11.其他技巧:
      如果EAX小于80000000h,edx清0:
        --------------------------------------------------

        1)      xor edx, edx                          ;2 bytes, but faster

        2)      cdq                                  ;1 byte, but slower

        我一直使用cdq,为什么不呢?体积更小...


        下面这种情况一般不要使用esp和ebp,使用其他寄存器.
        -----------------------------------------------------------

        1)      mov eax, [ebp]                        ;3 bytes
        2)      mov eax, [esp]                        ;3 bytes

        3)      mov eax, [ebx]                        ;2 bytes


        交换寄存器中4个字节的顺序?用bswap
        ---------------------------------------------------------
                mov eax, 12345678h                    ;5 bytes

                bswap eax                            ;2 bytes

                ;eax = 78563412h now     

        Wanna save some bytes replacin' CALL ?
        ---------------------------------------

        1)      call _label_                          ;5 bytes
                ret                                  ;1 byte

        2)      jmp _label_                          ;2/5 (SHORT/NEAR)

        如果仅仅是优化,并且不需要传递参数,请尽量用jmp代替call
       

        比较 reg/mem 时如何节省时间:
        ------------------------------------------

        1)      cmp reg, [mem]                        ;slower

        2)      cmp [mem], reg                        ;1 cycle faster


        乘2除2如何节省时间和空间?
        ------------------------------------------------------------
        1)      mov eax, 1000h
                mov ecx, 4                            ;5 bytes
                xor edx, edx                          ;2 bytes
                div ecx                              ;2 bytes

        2)      shr eax, 4                            ;3 bytes

        3)      mov ecx, 4                            ;5 bytes
                mul ecx                              ;2 bytes

        4)      shl eax, 4                            ;3 bytes
       

        loop指令
        ------------------------

        1)      dec ecx                              ;1 byte
                jne _label_                          ;2/6 bytes (SHORT/NEAR)

        2)      loop _label_                          ;2 bytes

        再看:
        3)      je $+5                                ;2 bytes
                dec ecx                              ;1 byte
                jne _label_                          ;2 bytes

        4)      loopXX _label_ (XX = E, NE, Z or NZ)  ;2 bytes
        loop体积小,但486以上的cpu上执行速度会慢一点...


      比较:
        ---------------------------------------------------------
        1)      push eax                              ;1 byte
                push ebx                              ;1 byte
                pop eax                              ;1 byte
                pop ebx                              ;1 byte
     
     
        2)      xchg eax, ebx                        ;1 byte

        3)      xchg ecx, edx                        ;2 bytes
        如果仅仅是想移动数值,用mov,在pentium上会有较好的执行速度:
        4)      mov ecx, edx                          ;2 bytes


        比较:
        --------------------------------------------

        1) 未优化:
        lbl1:  mov al, 5                            ;2 bytes
                stosb                                ;1 byte
                mov eax, [ebx]                        ;2 bytes
                stosb                                ;1 byte
                ret                                  ;1 byte
        lbl2:  mov al, 6                            ;2 bytes
                stosb                                ;1 byte
                mov eax, [ebx]                        ;2 bytes
                stosb                                ;1 byte
                ret                                  ;1 byte
                                                      ---------
                                                      ;14 bytes
        2) 优化了:
        lbl1:  mov al, 5                            ;2 bytes
        lbl:    stosb                                ;1 byte
                mov eax, [ebx]                        ;2 bytes
                stosb                                ;1 byte
                ret                                  ;1 byte
        lbl2:  mov al, 6                            ;2 bytes
                jmp lbl                              ;2 bytes
                                                      ---------
                                                      ;11 bytes

      读取常数变量,试试在指令中直接定义:
      -----------------------------                   

...
                mov [ebp + variable], eax            ;6 bytes
                ...
                ...
      variable dd      12345678h                    ;4 bytes

        2) 优化为:

                mov eax, 12345678h                    ;5 bytes
      variable = dword ptr $ - 4
                ...
                ...
                mov [ebp + variable], eax            ;6 bytes

        呵呵,好久没看到这么有趣的代码了,前提是编译的时候支持代码段的写入属性要被设置.
       
        最后介绍未公开指令SALC,现在的调试器都支持...什么含义呢:就是CF位置1的话就将al置为0xff
        ------------------------------------------------------------------

        1)      jc _lbl1                              ;2 bytes
                mov al, 0                            ;2 bytes
                jmp _end                              ;2 bytes
          _lbl: mov al, 0ffh                          ;2 bytes
          _end: ...

        2)      SALC  db    0d6h                    ;1 byte ;)
------------------------------------------------------------------>over...