Как реализуется унарный минус и логическое отрицание?

Question

[Евгений Обыкновенный]

Нужно сделать переменную с тремя значениями: одно нейтральное и два противоположных, которые можно инвертировать.

Придумал пока такие варианты:
Значения {-1,0,1} и операция инвертирования унарным минусом x=-x.
Значения {0,1,2} и операция инвертирования ксором x=x^255.
В каком случае инверсия будет выполняться быстрее?

Также еще нужно сделать родственную переменную, но нейтральное значение уже не нужно, достаточно два противоположных значения, которые можно инвертировать. Стоит ли делать тип bool или можно взять какую-то из вышеперечисленных структур? Какова машинная реализация операции отрицания для переменной bool? Есть ли у нее преимущества перед вышеперечисленными способами?

Answer 1

[sitev_ru]

enum Type3Values {t3One, t3Two, t3Three};

class Type3 {
protected:
	Type3Values value;
public:
	Type3();
//Ваши операции
	Type3Values oper1(Type3Values v);
	Type3Values oper2(Type3Values v);
	Type3Values oper3(Type3Values v);
//Операции для bool
	... oper1(bool v);
	... oper2(bool v);
	... oper3(bool v);

};

Comments

[Евгений Обыкновенный]

Родственную не в смысле классов, а том смысле, что значения переменных изредка будут сравниваться и присваиваться друг другу. Поэтому единая реализация была бы полезна.

[sitev_ru]

Отредактировал ответ... Как-то так получится

[Евгений Обыкновенный]

sitev_ru: спасибо, конечно. Может и сделаю класс, но главный вопрос в том, как именно реализовать операции.

[sitev_ru]

Если не можете реализовать, пишите с помощью if или case, у вас же всего 3 возможных значения...

Answer 2

[none7]

С машинной точки зрения нет особой разницы между bool,char и int, просто первые 2 в памяти обычно занимают меньше места. Также операции -x и x^255 выполняются одинаково быстро, то есть тоже никакой разницы.

Comments

[Евгений Обыкновенный]

Кстати, а есть ли разница в скорости от того, сколько байт занимает число? Вдруг современное железо устроено так, что ему удобнее работать с 32\64 разрядными словами, а не с байтами.

[none7]

Евгений Обыкновенный: Нет. Современное железо пытается вытянуть максимальную производительность из всех возможных вариантов. Массивы всех целочисленных типов встречаются в программах очень часто, поэтому тут им точно нельзя схалтурить. Когда только появились первые x64 процессоры, производительность работы с 64-битными числами была ниже в 2 раза, но и для них теперь операции выполняются за минимально возможное время, то есть 1 такт.
Чем длиннее число, тем больше места оно занимает в кеше-процессора, а он весьма невелик. Если данных нет в кеше, то можете забыть о гигагерцах процессора и разнице с скорости операций. Всё упрётся во время доступа к оперативной памяти. Оптимизация доступа к данным с учётом особенностей работы кеша это настоящая головная боль.

[sitev_ru]

Современное железо выполняет команды параллельно https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D...

[Евгений Обыкновенный]

none7: написал тестовый фрагмент в VisualStudio:

unsigned char x, y;
x = 255;
y = x^255;

вот какой получился машинный код:

x = 255;
00A0166E mov byte ptr [x],0FFh
y = x^255;
00A01672 movzx eax,byte ptr [x]
00A01676 xor eax,0FFh
00A0167B mov byte ptr [y],al

Дополнительная операция movzx для приведения байта к 32 битному слову.

[Евгений Обыкновенный]

none7:

unsigned int x, y;
x = 255;
00C8166E mov dword ptr [x],0FFh
y = x^255;
00C81675 mov eax,dword ptr [x]
00C81678 xor eax,0FFh
00C8167D mov dword ptr [y],eax

Хотя не понятно, какая операция быстрее: movzx с byte или mov с dword.

[Евгений Обыкновенный]

none7: а вот и реализация логического отрицания:

bool x, y;
x = true;
00E81A8E mov byte ptr [x],1
y = !x;
00E81A92 movzx eax,byte ptr [x]
00E81A96 test eax,eax
00E81A98 jne main+36h (0E81AA6h)
00E81A9A mov dword ptr [ebp-0DCh],1
00E81AA4 jmp main+40h (0E81AB0h)
00E81AA6 mov dword ptr [ebp-0DCh],0
00E81AB0 mov cl,byte ptr [ebp-0DCh]
00E81AB6 mov byte ptr [y],cl

Как я понимаю, отрицание y = !x эквивалентно
if( x == 0 ) y = 1; else y = 0;

И какой же вариант быстрее: с ^255 или ! ?

[Евгений Обыкновенный]

вот для if

unsigned char x, y;
x = 1;
00EC1A8E mov byte ptr [x],1
if ( x == 0 ) y = 1; else y = 0;
00EC1A92 movzx eax,byte ptr [x]
00EC1A96 test eax,eax
00EC1A98 jne main+30h (0EC1AA0h)
00EC1A9A mov byte ptr [y],1
00EC1A9E jmp main+34h (0EC1AA4h)
00EC1AA0 mov byte ptr [y],0

[none7]

Евгений Обыкновенный: Оптимизацию не забыл включить?
Ибо x ^= 0xff можно реализовать одной операцией
xor byte ptr[x], 0FFh.
Логическое отрицание x = !x;
not byte ptr[x].
Проверка на 0 и НЕ 0, пройдёт успешно. Если нужен именно 0 или 1, то
cmp byte ptr [x], 0
setz [x]
Обычное отрицание x = -x;
neg byte ptr [x].
if ( x == 0 ) y = 1; else y = 0
cmp byte ptr [x], 0
setz byte ptr [y]
Инструкции 2, но про одинаковость я говорил только про x=-x, x ^= 255.