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高效汇编指南（高效汇编指南电子书）

gaoyangw 2025-07-02 20:37 8 浏览 0 评论

目标读者：想在 x86-64 平台（Intel/AMD）手写或微调汇编，以获得极致性能的开发者。

核心收获：掌握一套“写-测-调”闭环流程 + 10 条现代 CPU 优化心法 + 可直接复用的代码片段。





1 准备用具（Win & Linux 通用）


任务

Windows

Linux

汇编器

MASM64 或 NASM

NASM / GAS

链接器

link.exe / lld

ld / lld

调试

WinDbg、VS 调试器

gdb / lldb

性能计数

Intel VTune、Windows Profiler

perf, pmu-tools

反汇编

IDA Free / Ghidra / objdump

objdump / Ghidra

安装 NASM（示例）

# Debian / Ubuntu

sudo apt update && sudo apt install nasm lld -y

winget install -e --id NASM.NASM






2 写代码：10 条实用心法


#

关键点

说明 / 示例

1

优先用寄存器

RAM≈100ns，L1≈1ns。同一函数尽量把热数据留在寄存器/栈。

2

配合 SIMD

AVX2 已是标配，AVX-512 在新 CPU 激活即可用。vaddps ymm0, ymm1, ymm2

3

指令对齐

热循环首地址对齐 16 B，可减少取指分支。align 16

4

避免分支错预测

用 cmov / 位运算替换低概率分支。

5

软展开循环

使用 unroll 4 可与流水线深度匹配（过度会导致 I-cache miss）。

6

预取读取

prefetcht0 [rsi + rdx]；对顺序遍历收益明显。

7

调用约定一致

Win64：rcx/rdx/r8/r9；SysV：rdi/rsi/rdx/rcx/r8/r9。跨平台接口用宏封装。

8

减少 store-load 依赖

写后尽量避免立即读同地址；可插入独立指令消除气泡。

9

批量处理分支

对随机布尔数组，用 bt + setc + SIMD mask 批量统计。

10

用汇编内联

在 C/C++/Rust 内联小段关键路径，保持可维护性。





3 示范：双精度向量相乘并累加



目标：for(i) sum += a[i]*b[i];

工具链：NASM + GCC 链接（Linux）

; file: dot_sse.asm

global dot_sse

section .text

; rdi=a*, rsi=b*, rdx=len

dot_sse:

xor rax, rax ; i = 0

vxorpd ymm0, ymm0, ymm0 ; sum = 0

.loop:

cmp rax, rdx

jge .done

vmovupd ymm1, [rdi+rax*8]

vmovupd ymm2, [rsi+rax*8]

vfmadd231pd ymm0, ymm1, ymm2 ; sum += a*b

add rax, 4

jmp .loop

.done:

vhaddpd ymm0, ymm0, ymm0

vextractf128 xmm1, ymm0, 1

addsd xmm0, xmm1

ret

编译 & 测试：

nasm -f elf64 dot_sse.asm

gcc -c main.c

gcc dot_sse.o main.o -o dot -mavx2

perf stat ./dot





4 测性能：三步闭环



  1. 硬件计数


perf stat -e cycles,instructions,branch-misses ./dot



  2. 火焰图找热点


perf record -g ./dot && perf script > out.perf

flamegraph.pl out.perf > flame.svg



  2. 反汇编核对


objdump -d -Mintel dot | less






5 常见坑


症状

排查技巧

频繁 #UD

检查 CPU 是否支持对应指令集（`lscpu

性能下降

可能是 AVX-512=>频率降低，关闭 AVX512 或用混编策略

结果错误

确认调用约定，浮点保存规则（SSE vs x87）





结语


手写汇编的黄金法则：写少量、测大量、改关键。

掌握这套「写-测-调」方法，你就能在现代 CPU 上挖掘出极致性能，而不必陷入不可维护的汇编泥潭。

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