否定数字的最快方法

Question

我今天早上在想，将正数从负数反转为正，从负数到正数的最快方法是，当然，最简单的方法可能是：

int a = 10;
a = a*(-1);

或

int a = 10;
a = -a;

但是，我想，我要使用命令shift和指针来做到这一点...使用命令移位运算符和内存确实可以改变一个值的符号吗？

Answer 1

第一个产生：

    .file   "optimum.c"
    .def    ___main;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .text
.globl _main
    .def    _main;  .scl    2;  .type   32; .endef
_main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    andl    $-16, %esp
    subl    $16, %esp
    call    ___main
    movl    $10, 12(%esp) ;i = 10
    negl    12(%esp)      ;i = -i
    movl    $0, %eax
    leave
    ret

第二个产生：

    .file   "optimum.c"
    .def    ___main;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .text
.globl _main
    .def    _main;  .scl    2;  .type   32; .endef
_main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    andl    $-16, %esp
    subl    $16, %esp
    call    ___main
    movl    $10, 12(%esp)   ;i = 10
    negl    12(%esp)        ;i = -i
    movl    $0, %eax
    leave
    ret

相同的输出！产生的汇编代码没有区别。

--------------------------编辑，运算符使用VC ++ 2012，INTEL ARCH --------- ----------

使用cl optimum.c /Fa optimum.asm编译

; Listing generated by Microsoft (R) Optimizing Compiler Version 16.00.30319.01 

    TITLE   C:\Users\Dell\Downloads\TTH\TTH\TTH\optimum.c
    .686P
    .XMM
    include listing.inc
    .model  flat

INCLUDELIB LIBCMT
INCLUDELIB OLDNAMES

PUBLIC  _main
; Function compile flags: /Odtp
_TEXT   SEGMENT
_a$ = -4                        ; size = 4
_argc$ = 8                      ; size = 4
_argv$ = 12                     ; size = 4
_main   PROC
; File c:\users\dell\downloads\tth\tth\tth\optimum.c
; Line 4
    push    ebp
    mov ebp, esp
    push    ecx
; Line 5
    mov DWORD PTR _a$[ebp], 10          ; 0000000aH
; Line 6
    mov eax, DWORD PTR _a$[ebp]
    neg eax ;1 machine cycle!
    mov DWORD PTR _a$[ebp], eax
; Line 7
    xor eax, eax
; Line 8
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0
_main   ENDP
_TEXT   ENDS
END

和第二种方法（a = a * -1）

; Listing generated by Microsoft (R) Optimizing Compiler Version 16.00.30319.01 

    TITLE   C:\Users\Dell\Downloads\TTH\TTH\TTH\optimum.c
    .686P
    .XMM
    include listing.inc
    .model  flat

INCLUDELIB LIBCMT
INCLUDELIB OLDNAMES

PUBLIC  _main
; Function compile flags: /Odtp
_TEXT   SEGMENT
_a$ = -4                        ; size = 4
_argc$ = 8                      ; size = 4
_argv$ = 12                     ; size = 4
_main   PROC
; File c:\users\dell\downloads\tth\tth\tth\optimum.c
; Line 4
    push    ebp
    mov ebp, esp
    push    ecx
; Line 5
    mov DWORD PTR _a$[ebp], 10          ; 0000000aH
; Line 6
    mov eax, DWORD PTR _a$[ebp]
    imul    eax, -1 ;1 instruction, 3 machine/cycles :|
    mov DWORD PTR _a$[ebp], eax
; Line 7
    xor eax, eax
; Line 8
    mov esp, ebp
    pop ebp
    ret 0
_main   ENDP
_TEXT   ENDS
END

Answer 2

使用可读的东西，例如

a *= -1;

或

a = -a;

将其余部分留给优化器。

Answer 3

其他答案已正确表明可读性更重要：

• 您应该忘记速度，并选择最容易理解的习惯用法。
• 几乎所有编译器（启用了优化功能）都会为a = -a，a *= -1等之类的东西生成等效的最佳代码（可能是一条指令）。¹
• 任何试图使其更快的尝试都会使它的可读性大大降低，并且很容易使其变慢。
• 如果需要优化，则应首先分析生成的代码和性能。

但是，*= -1习惯用法有一个[[实践优势：您只需要写一次左手侧，就只需对它进行一次评估–读者只需阅读一次！当LHS长，复杂或昂贵或可能有副作用时，这是相关的：

(valid ? a : b)[prime_after(i++)] *= -1;
*look_up (input) *= -1;  // Where look_up may have side-effects
parity[state][(unsigned int)getc(stdin)] *= -1;
variable_with_a_long_explanatory_name *= -1;

[一旦采用了习惯用法，在其他情况下，人们往往会坚持下去。
1 [[Peter Cordes的观察]：几乎所有编译器都知道a = -a和a *= -1完全相同，并且会发出他们认为对目标CPU最有效的asm。 ，无论您如何编写。 （例如，用于x86 gcc / MSVC / clang和ARM gcc的Godbolt compiler explorer。）>但是，尽管MSVS 2012（仅在调试模式下）每个使用一条指令，但在最近的Intel CPU上，它们使用实际的= -a指令对*= -1花费1个周期，对imul花费3个周期。
 
[假设处理器至少具有一定的能力并且具有sizeof(int) == sizeof(Cpu_register)，那么“使该数字为负”将是一条指令（通常称为neg）[嗯，也可能需要加载和存储该值，但是如果您正在将该变量用于其他任何用途，它可以在加载后保留，并且仅在以后存储...]
与-1的乘积最有可能比a = -a;慢，但是大多数称职的编译器应该能够使这两个等同。 
因此，只需清楚地编写代码，其余的都应该照顾好自己。在大多数处理器中，取数字不是难事。如果您使用的是一些不寻常的处理器，请查看编译器的输出，然后查看其作用。
 
也为0-n
[Gcc在所有四种情况下均发出“ neg”指令：-n，0-n，n * -1和〜n + 1
 
使用高级语言的解决方案
诸如此类的问题在采访和竞争性编程世界中很流行。
我登陆这里研究了更多的否定数字解决方案，而无需使用-或+运算符。 
为此：
使用〜运算符补码
然后使用Half加法器逻辑在步骤1中获得的数字加1：
> int addNumbers(int x, int y)
>       {
>                    if(y==0)  return x; // carry is 0 
>                    return addNumbers(x^y,(x&y)<<1);
>         }
这里x ^ y执行位加法，x＆y句柄执行操作

您可以尝试
int a = 10;
a= ~a+1;
但是您不必担心，因为编译器以最佳方式实现了它。

Answer 4

Answer 5

Answer 6

使用高级语言的解决方案

Answer 7