OldLiu 发表于 2019-2-24 09:36:32

【老刘谈算法001】这位运算玩的真溜—strlen函数的汇编实现分析

首先挂下代码,

;原函数作者为Agner Fog,出处为MASM32开发包,在此表示感谢。
;中文注释修改&添加 By 老刘。


    .486
    .model flat, stdcall
    option casemap :none

    .code


OPTION PROLOGUE:NONE
OPTION EPILOGUE:NONE

align 4

StrLen proc item:DWORD

    mov   eax,             ;获得参数item,即字符串指针
    lea   edx,             ;edx=指针+3
    push    ebp                                                ;备份ebp edi
    push    edi
    mov   ebp, 80808080h

@@:   
REPEAT 3
    mov   edi,             ;edi=读4个字节
    add   eax, 4                  ;字符串指针指到下4个字节起始,即+4
    lea   ecx,     ;ecx=四字节每个字节-1
    not   edi                     ;edi=四字节逻辑取反
    and   ecx, edi                ;ecx=取反后的每个字节和没取反后-1的每个字节进行逻辑与
    and   ecx, ebp                                ;判断每个字节的二进制第8位是否为1,为1则说明原字节=0
    jnz   nxt                                                ;如果出现了一个null异端,跳到nxt继续判断
ENDM

    mov   edi,             ;和上面的一样
    add   eax, 4                  
    lea   ecx,    
    not   edi                     
    and   ecx, edi               
    and   ecx, ebp
    jz      @B                      ;如果没有异端,回去上面循环,有的话都不用跳了,下面就是nxt

nxt:
    test    ecx, 00008080h          ;测试null是否在前2个字节中
    jnz   @F
    shr   ecx, 16               ;不在前2字节,ecx右移16个二进制位,即右移2字节,使原来的第3、4字节移位到1、2字节处。
    add   eax, 2                                        ;字符串指针+2
@@:
    shl   cl, 1                   ;第一个字节逻辑左移1位,如果第一个字节为Null,则CF=1,否则即说明第二个字节为Null
    sbb   eax, edx                ;eax=eax-edx-CF=eax-(item+3)-CF=字符串长度
    pop   edi
    pop   ebp

    ret   4

StrLen endp

OPTION PROLOGUE:PrologueDef
OPTION EPILOGUE:EpilogueDef


end
作者的底层知识非常牢固,位运算运用的炉火纯青,
代码算不上精简,但非常高效,
为了达到上述目的,其代码人类直接不好理解,让我们将几处难理解的地方细细分析道来。

**一、高效 —— 一次判断4个字节**
对应Line25~~42,
这段代码运用位运算,在寄存器中一次性判断4个Byte内有无Null。
我们按一个字节进行分析,用数学语言转换代码,下述的十进制数均为UByte类型。
令a=该Byte的无符号值,
令f(x)为逻辑非运算的对应函数,
有f(x)=255-x
b=a-1
此时因为溢出,有b=a-1(a∈)或b=255(a=0)
我们将其设为函数,有b=g(a)
c=f(a)
d=b and c
进行逻辑与运算时,结果总是不大于两个进行运算的数
所以有d<=b和c中较小的那一个
易得a∈时,d<=g(a),此时g(a)max=g(127)=126,
a∈时,d<=f(a),f(a)max=f(128)=127,
a=0时,d = 255 and 255 = 255,
e=d and 0x80
a∈时,d<=126,此时∵d的第8二进制位上定为0,e=0
同理,a∈,e=0
a=0,e=0x80
即a不为0时,e=0,a为0时,e=0x80。

**二、拒绝浪费寄存器——字符串长度的最终计算**
对应Line:20、28、37、48、50、51
作者读取完需判断的字节后,不管3721,先将指针+4(28、37行)
这方便了再次循环,简化了代码,
在48行将指针+2,
50行时令CF=指针所指字节第8位
51行则是最终计算,
由一可知,当Byte为null时,判断下来第8二进制位=1
即当指针所指字节不为null,CF=1
51行得到的结果=当前指针-字符串起始指针-3-1
当Byte不为null时,由其他语句得知下一个byte肯定为null,
此时第8二进制位=0,CF=0
51行得到的结果则少减了1,正好对应真实的字符串长度。
这位老外是真的秀,在追求高效率的时候还不忘精简一波代码~

该代码还有局限性,当出现双字节字符时就会判断成2个长度
不过对于一个用英文编程的老外来说,也可以理解,
代码质量可以说是很高了,只是让分析它的人非常蛋痛(ˉ▽ˉ;)...
可能这就是“最高效率和可读性不可兼得”吧!
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