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程式语言效率分析(1)
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日期:2005-06-23 人气: 出处:
以下为利用ASSEMBLY,BASIC,PASCAL,C,FORTRAN 等程式语言,将一个24x 24之点阵字形,放大成为48x 48,并分别比较其处理速度、占用空间以及制作时间。
    为了正确计算执行时间,特意作 10,000 次处理,至于指定的24x 24字形,则假设为一空格。

一、ASSEMBLY

    组合语言变化无穷,先以一般的作法,用点阵位移来处理。
    1: PAGE   60, 132
    2: CG     SEGMENT
    3: BUFIN  DB    72 DUP(0)
    4: BUFOT  DB  72*4 DUP(0)
    5:          ASSUME CS:CG,DS:CG,ES:CG
    6: START:
    7:          MOV     AX,CG
    8:          MOV     DS,AX
    9:          MOV     ES,AX
   10:          CLD
   11:          MOV     BP,10000        ; 处理10,000次
   12: S3:
   13:          SUB     CX,CX
   14:          MOV     BX,CX
   15:          MOV     DX,1803H           ; 计数用
   16:          MOV     SI,OFFSET BUFIN  ; 24*24 点阵起始位址
   17:          MOV     DI,OFFSET BUFOT  ; 预定48*48储存位址
   18: MVBYTE:
   19:          MOV     BH,DL           ; 做三列
   20: MVDB:
   21:          LODSB               ; 取原点阵
   22:          MOV     BL,AL
   23:          MOV     CL,8           ; 做八位元
   24: MVDB1:
   25:          RCL     BL,1           ; 左移一次
   26:          PUSHF               ; 保存状态
   27:          RCL     AX,1           ; 两字同时左移一次
   28:          POPF               ; 取出原移位状态
   29:          RCL     AX,1           ; 再一次,得双位点值
   30:          LOOP    MVDB1           ; 八次回路
   31:          STOSW               ; 存入
   32:          MOV     [DI+4],AX        ; 上下放大一行
   33:          DEC     BH           ; 共 3列
   34:          JNZ     MVDB
   35:          ADD     DI,6           ; 移向次行
   36:          DEC     DH
   37:          JNZ     MVBYTE           ; 共24行
   38:          DEC     BP           ; 执行10,000次
   39:          JNZ     S3           ; 完成
   40:          MOV     AX,4C00H
   41:          INT     21H
   42: CG     ENDS
   43:          END     START
    本程式制作时间,为十五分钟。
    经汇编后,得934 字元的执行程式,执行耗时14.5秒。
    若将上段程式加以分析,可以发现到此段程式执行时间全部浪费在23至30这一段「回路」中。为了增加速度,可以将空间加大,避开回路,连续执行八次「移位」动作如次:
   23:          RCL     BL,1
   24:          RCL     AX,1
   25:          SHL     AX,1
   26:          同上共八次
   …
   47:          MOV     CX,AX           ; AX中为单位元值
   48:          SHR     CX,1           ; CX得到双位元点阵值
   49:          OR      AX,CX           ; 双位元点阵合并
    似此,程式增大了36字元,但执行时间却减少为 7.1秒,速度快了一倍!
    是不是还是更好的方法呢?相信一定多得不计其数。比如说,我们已知原点阵放大一倍后点形为「双点」,以双点做表,取其对应之值,即可免除各点移位的手续,再将原程式第18条以下改为:
   18: VT2:
   19:          CALL    MVBYTE           ; 放大一行
   20:          SUB     SI,3           ; 纵向尚须放大一次
   21:          CALL    MVBYTE           ; 再放大一行
   22:          DEC     DH           ; 完成否?
   23:          JNZ     VT2           ; 再做
   24:          RET               ; 完成
   25: MVBYTE:
   26:          MOV     CL,DL           ; 一行有三字元
   27: MVDB:
   28:          LODSB               ; 取一字元
   29:          MOV     AH,AL           ; 分置两处
   30:          AND     AX,0FF0H           ; AH,AL 各取四位元
   31:          SHR     AL,1           ; 右移四次还原
   32:          SHR     AL,1
   33:          SHR     AL,1
   34:          SHR     AL,1
   35:          MOV     BL,AL
   36:          MOV     AL,BYTETB[BX]    ; 左字元取预设表值
   37:          MOV     BL,AH
   38:          MOV     AH,BYTETB[BX]    ; 右字元取表值
   39:          STOSW               ; 得二字元置缓冲器中
   40:          LOOP    MVDB           ; 做三次
   41:          RET
   42                       ; 转换表
   43: BYTETB DB    000H,003H,00CH,00FH,030H,033H,03CH,03FH
   44:          DB    0C0H,0C3H,0CCH,0CFH,0F0H,0F3H,0FCH,0FFH
   45: CG     ENDS
   46:          END     START

    再换个方法,因为有个XALT的指令,是专为这种程式所设计的。由第25条起,调整如下:
   25: MVBYTE:
   26:          MOV     CL,4           ; 供AL左移四位用
   27:          MOV     BX,OFFSET BYTETB
   28: MVDB:
   29:          LODSB               ; 取一字元
   30:          MOV     AH,AL           ; 分置两处
   31:          AND     AX,0F00FH        ; AH,AL 各取四位元
   32:          SHR     AL,CL
   33:          XLAT                 ; 将[BX+AL]值放AL中
   34:          XCHG    AL,AH
   35:          XLAT
   36:          STOSW
   37:          DEC     DL
   38:          JNZ     MVDB
    如此,执行程式959 字元,执行速度3.2 秒,效率更佳。
    上述程式的缺点为:在循环过程中,速度有所损失,而且用四位元查表也费事耗时。如果用一字元查表,则需增大「表」的对应值,再改为「总表」的方式,一次即可查到。且由第20行改起,并力求指令的精简,如:
   20:          MOV     DX,OFFSET BYTETB
   21: MVDB:
   22:          LODSB
   23:          SUB     AH,AH
   24:          SHL     AX,1           ; 一字元须变为二字元
   25:          ADD     AX,DX            ; 之位置以查表
   26:          MOV     BX,AX           ; BX可供间接定址用
   27:          MOV     AX,[BX]           ; 以一字元查表值
   28:          STOSW               ; 查妥存入第一行
   29:          MOV     [DI+4],AX        ; 上下再重复一行
   30:          LODSB
   31:          SUB     AH,AH           ; 处
   32:          SHL     AX,1           ; 理
   33:          ADD     AX,DX
   34:          MOV     BX,AX           ; 第
   35:          MOV     AX,[BX]           ; 二
   36:          STOSW               ; 列
   37:          MOV     [DI+4],AX        ;
   38:          LODSB               ;
   39:          SUB     AH,AH           ; 处
   40:          SHL     AX,1           ; 理
   41:          ADD     AX,DX
   42:          MOV     BX,AX           ; 第
   43:          MOV     AX,[BX]           ; 三
   44:          STOSW               ; 列
   45:          MOV     [DI+4],AX        ;
   46:          ADD     DI,6           ; 再处理下一行
   47:          LOOP    MVDB           ; 共24次
   48:          DEC     BP           ; 做10,000次
   49:          JNZ     S3           ; 完成
   50:          MOV     AX,4C00H
   51:          INT     21H
   52:          RET

    程式到此为止,下面还有一转换总表,可供各程式共用。
    1:;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
    2:; 转  换  表             ;
    3:;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
    4: BYTETB LABEL WORD
    5: DB     000H,000H,000H,003H,000H,00CH,000H,00FH
    6: DB     000H,030H,000H,033H,000H,03CH,000H,03FH
    7: DB     000H,0C0H,000H,0C3H,000H,0CCH,000H,0CFH
    8: DB     000H,0F0H,000H,0F3H,000H,0FCH,000H,0FFH
    9: DB     003H,000H,003H,003H,003H,00CH,003H,00FH
   10: DB     003H,030H,003H,033H,003H,03CH,003H,03FH
   11: DB     003H,0C0H,003H,0C3H,003H,0CCH,003H,0CFH
   12: DB     003H,0F0H,003H,0F3H,003H,0FCH,003H,0FFH
   13: DB     00CH,000H,00CH,003H,00CH,00CH,00CH,00FH
   14: DB     00CH,030H,00CH,033H,00CH,03CH,00CH,03FH
   15: DB     00CH,0C0H,00CH,0C3H,00CH,0CCH,00CH,0CFH
   16: DB     00CH,0F0H,00CH,0F3H,00CH,0FCH,00CH,0FFH
   17: DB     00FH,000H,00FH,003H,00FH,00CH,00FH,00FH
   18: DB     00FH,030H,00FH,033H,00FH,03CH,00FH,03FH
   19: DB     00FH,0C0H,00FH,0C3H,00FH,0CCH,00FH,0CFH
   20: DB     00FH,0F0H,00FH,0F3H,00FH,0FCH,00FH,0FFH
   21: DB     030H,000H,030H,003H,030H,00CH,030H,00FH
   22: DB     030H,030H,030H,033H,030H,03CH,030H,03FH
   23: DB     030H,0C0H,030H,0C3H,030H,0CCH,030H,0CFH
   24: DB     030H,0F0H,030H,0F3H,030H,0FCH,030H,0FFH
   25: DB     033H,000H,033H,003H,033H,00CH,033H,00FH
   26: DB     033H,030H,033H,033H,033H,03CH,033H,03FH
   27: DB     033H,0C0H,033H,0C3H,033H,0CCH,033H,0CFH
   28: DB     033H,0F0H,033H,0F3H,033H,0FCH,033H,0FFH
   29: DB     03CH,000H,03CH,003H,03CH,00CH,03CH,00FH
   30: DB     03CH,030H,03CH,033H,03CH,03CH,03CH,03FH
   31: DB     03CH,0C0H,03CH,0C3H,03CH,0CCH,03CH,0CFH
   32: DB     03CH,0F0H,03CH,0F3H,03CH,0FCH,03CH,0FFH
   33: DB     03FH,000H,03FH,003H,03FH,00CH,03FH,00FH
   34: DB     03FH,030H,03FH,033H,03FH,03CH,03FH,03FH
   35: DB     03FH,0C0H,03FH,0C3H,03FH,0CCH,03FH,0CFH
   36: DB     03FH,0F0H,03FH,0F3H,03FH,0FCH,03FH,0FFH
   37: DB     0C0H,000H,0C0H,003H,0C0H,00CH,0C0H,00FH
   38: DB     0C0H,030H,0C0H,033H,0C0H,03CH,0C0H,03FH
   39: DB     0C0H,0C0H,0C3H,0C0H,0CCH,0C0H,0CFH,0C0H
   40: DB     0C0H,0F0H,0C0H,0F3H,0C0H,0FCH,0C0H,0FFH
   41: DB     0C3H,000H,0CH3,003H,0C3H,00CH,0C3H,00FH
   42: DB     0C3H,030H,0C3H,033H,0C3H,03CH,0C3H,03FH
   43: DB     0C3H,0C0H,0C3H,0C3H,0C3H,0CCH,0C3H,0CFH
   44: DB     0C3H,0F0H,0C3H,0F3H,0C3H,0FCH,0C3H,0FFH
   45: DB     0CCH,000H,0CCH,003H,0CCH,00CH,0CCH,00FH
   46: DB     0CCH,030H,0CCH,033H,0CCH,03CH,0CCH,03FH
   47: DB     0CCH,0C0H,0CCH,0C3H,0CCH,0CCH,0CCH,0CFH
   48: DB     0CCH,0F0H,0CCH,0F3H,0CCH,0FCH,0CCH,0FFH
   49: DB     0CFH,000H,0CFH,003H,0CFH,00CH,0CFH,00FH
   50: DB     0CFH,030H,0CFH,033H,0CFH,03CH,0CFH,03FH
   51: DB     0CFH,0C0H,0CFH,0C3H,0CFH,0CCH,0CFH,0CFH
   52: DB     0CFH,0F0H,0CFH,0F3H,0CFH,0FCH,0CFH,0FFH
   53: DB     0F0H,000H,0F0H,003H,0F0H,00CH,0F0H,00FH
   54: DB     0F0H,030H,0F0H,033H,0F0H,03CH,0F0H,03FH
   55: DB     0F0H,0C0H,0F0H,0C3H,0F0H,0CCH,0F0H,0CFH
   56: DB     0F0H,0F0H,0F0H,0F3H,0F0H,0FCH,0F0H,0FFH
   57: DB     0F3H,000H,0F3H,003H,0F3H,00CH,0F3H,00FH
   58: DB     0F3H,030H,0F3H,033H,0F3H,03CH,0F3H,03FH
   59: DB     0F3H,0C0H,0F3H,0C3H,0F3H,0CCH,0F3H,0CFH
   60: DB     0F3H,0F0H,0F3H,0F3H,0F3H,0FCH,0F3H,0FFH
   61: DB     0FCH,000H,0FCH,003H,0FCH,00CH,0FCH,00FH
   62: DB     0FCH,030H,0FCH,033H,0FCH,03CH,0FCH,03FH
   63: DB     0FCH,0C0H,0FCH,0C3H,0FCH,0CCH,0FCH,0CFH
   64: DB     0FCH,0F0H,0FCH,0F3H,0FCH,0FCH,0FCH,0FFH
   65: DB     0FFH,000H,0FFH,003H,0FFH,00CH,0FFH,00FH
   66: DB     0FFH,030H,0FFH,033H,0FFH,03CH,0FFH,03FH
   67: DB     0FFH,0C0H,0FFH,0C3H,0FFH,0CCH,0FFH,0CFH
   68: DB     0FFH,0F0H,0FFH,0F3H,0FFH,0FCH,0FFH,0FFH
   69: CG     ENDS
   70: END    START
    本程式因为加了个转换表,空间增大为1471字元,但速度却加快为2.5 秒,这是空间换时间的最佳例证。
 

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