Kleiner Coding-Contest

Marthog

hustbaer schrieb:

Ich denke das erste sub eax, 1 sollte sub ecx, 1 heissen -- so wie im 1. Block halt auch.
Sonst vergleicht das test eax, ebx zum Schluss die falschen Werte.

Und wieso test eax, ebx zum Schluss und nicht cmp bzw. sub ? Ist test schneller in so einem Fall schneller?

Beim ersten hast du recht.
cmp subtrahiert ja die Werte, verwirft das Ergebnis und setzt die flags. Test macht ein bitand, verwirft das Ergebnis und setzt die flags. Bitwise-and ist deutlich einfacher zu implementieren. Ich weiss nicht, ob test heute noch schneller ist, aber frueher hat man das immer so gemacht und Compiler uebersetzen heutzutage auch x==0 meistens mit test eax, eax statt mit cmp eax, 0.
In diesem Fall hat man nur zwei Moeglichkeiten, naemlich das bit ist an der gleichen Stelle (bitand ergibt nicht 0) und das bit ist verschoben (bitand ergibt 0) und man kann test problemlos einsetzen.

EDIT: Achja, der gute lea-Befehl. Mit dem uebertrumpfen mich die Compiler jedes Mal.

hustbaer

@Marthog
Dass man es verwenden kann hab ich schon gecheckt, bin ja ein Schlauer
Ich hätte dort halt vermutlich einfach cmp verwendet, weil ich es mit cmp einfacher zu verstehen finde was abgeht. Und daher hab' ich nachgefragt.

hustbaer

Und ich meinte natürlich "so wie im 2. Block halt auch". Aber du bist ja auch ein Schlauer und hast es trotzdem verstanden

Bitte ein Bit

Toller Hacker Contest.

Und morgen kommt der Wettbewerb "Wer schreibt zuerst ein kompilierbares Program".

WinAPI Forum lässt grüßen.

Mechanics

Der Threadtitel bezieht sich nicht aufs Hacken, sondern auf den alten Forumsnamen von Arcoth. Und klein wahrscheinlich weil er noch ein Schüler ist/war.

Columbo

Mechanics schrieb:

Der Threadtitel bezieht sich nicht aufs Hacken, sondern auf den alten Forumsnamen von Arcoth.

Völlig falsch.

Und klein wahrscheinlich weil er noch ein Schüler ist/war.

Ebenfalls völliger Unsinn.

Ich habe den Titel entsprechend angepasst... hier muss man wirklich das niedrigste Niveau voraussehen.

Edit: @Mehanics: Ich nehme an, dass du das nicht ernst gemeint hast?

Ich verstehe denn code nicht kann ihn mir jemand kurz erklären?

bool foo(unsigned u, unsigned v) {
    return !(u & (u - 1)) // bitweise UND sagt einen doch ob u und u-1 beide ein bit an der gleiche position auf 1 gesetzt haben?
        && !(v & (v - 1)) // gleiche
        && u != v // u ist nicht gleich v
        && u && v; // das hier verstehe ich nicht :/
}

bool bar(int u, int v) {
    int temp1 = u - 1;
    int temp2 = v - 1;

    return temp1 >= 0 && !(temp1 & u)    //EDIT: (temp1 & u) => !(temp1 & u)
        && temp2 >= 0 && !(temp2 & v)    //EDIT: (temp2 & v) => !(temp2 & v)
        && u != v;
}

hustbaer

Ach, Leute...

http://www.catb.org/jargon/html/H/hacker.html

Mechanics

Arcoth schrieb:

Edit: @Mehanics: Ich nehme an, dass du das nicht ernst gemeint hast?

Natürlich nicht. Sorry, ich konnte einfach nicht widerstehen.

hustbaer

theconflict schrieb:

Ich verstehe denn code nicht kann ihn mir jemand kurz erklären?

bool foo(unsigned u, unsigned v) {
    return !(u & (u - 1)) // bitweise UND sagt einen doch ob u und u-1 beide ein bit an der gleiche position auf 1 gesetzt haben?
        && !(v & (v - 1)) // gleiche
        && u != v // u ist nicht gleich v
        && u && v; // das hier verstehe ich nicht :/
}

(u & (u - 1))
Wenn du dir "u - 1" binär anguckst, wirst du feststellen, dass dabei das erste 1er Bit (=das mit dem niedrigsten Stellenwert) zu 0 geflippt wird, und alle 0er Bits davor werden zu 1 geflippt:

u           u - 1
--------------------
xxxxxxx1    xxxxxxx0
xxxxxx10    xxxxxx01
xxxxx100    xxxxx011
xxxx1000    xxxx0111

etc.
Wenn man jetzt die linke und rechte Seite bitweise verundet, dann kommt dabei raus:

u           u - 1       u & (u - 1)
-------------------------------------------
xxxxxxx1    xxxxxxx0    xxxxxxx0
xxxxxx10    xxxxxx01    xxxxxx00
xxxxx100    xxxxx011    xxxxx000
xxxx1000    xxxx0111    xxxx0000

D.h. u & (u - 1) setzt einfach das erste 1er Bit auf 0.

Und wenn das Ergebnis von "erstes 1er Bit auf 0 setzen" 0 ist, dann war vorher maximal ein Bit gesetzt.

D.h. !(u & (u - 1)) heisst: hat u genau ein 1er Bit oder ist u gleich 0?

Den "oder ist u gleich 0" Teil will man aber nicht, es sind ja nur Werte erwünscht die genau ein 1er Bit haben.
=> !(u & (u - 1)) && u

Das ganze dann nochmal für v , und dann noch den Test ob u und v ungleich sind drangehängt:

!(u & (u - 1))
&& u
&& !(v & (v - 1))
&& v
&& u != v

Etwas umsortiert:

!(u & (u - 1))
&& !(v & (v - 1))
&& u != v
&& u && v

Tadaaa.

Danke jetzt habe ich es verstanden :}

Aufbauend auf hustbaer's Ansatz komme ich auf folgendes:

bool foo2(unsigned u, unsigned v) { 
    return !(u & (u - 1)) 
    && !(v & (v - 1)) 
    && (u | v) != u
    && u;
}

So macht der Clang nur noch einen Sprung

Warum reicht es? Wenn das bitweise Oder von u und v wieder u ergibt, gilt entweder u == v oder v == 0. Es bleibt also zu überprüfen, ob u == 0 ist.

Anmerkung: Streicht das "entweder" in meiner Erklärung, es kann auch der Fall eintreten, das u == v == 0 ist.

Bitte ein Bit

Um mal dem niedrigen Niveau gerecht zu werden:

Ich habe mal ein andere Idee für die Funktion ob ein
unsigned long exakt ein Bit gesetzt hat. Hierzu wird
der Wert in 4 Bytes unterteilt. Und jedes Byte in die
oberen und unteren 4 Bits. Für jede 4 Bits stellen
wir eine boolsche Funktion auf und minimieren diese
mittels einem KV Diagramm. Die ergebende Formel F sagt
uns ob nur ein Bit gesetzt wurde. Um nun zu prüfen
ob nun ein Bit in einem Byte gesetzt ist, testet man
ob entweder in den oberen 4 Bits ein Bit gesetzt wurde,
oder in den unteren Bits. Also F(x) xor F(x 》4).
Über die xor Verknüpfung kann entsprechend die 4 Bytes
getestet werden.

Alternativ könnte man auch ein künstlich neuronales Netz
ausprobieren.

camper

Man kann auch einfach blsr verwenden, wenn der Prozessor kein avx unterstützt, muss halt aufgerüstet werden.

Columbo

camper schrieb:

Man kann auch einfach blsr verwenden, wenn der Prozessor kein avx unterstützt, muss halt aufgerüstet werden.

Wenn wir plattformunabhängig werden wollen, können wir gleich __builtin_popcount verwenden.

umbenannt

Ich werf der Vollständigkeit halber noch mal eine andere Methode in die Runde:

int foo(uint32_t x, uint32_t y) {
  return (x & -x) == x &&
         (y & -y) == y && 
         (x | y)  != x &&
         x;
}

Dabei mache ich mir zunutze, dass -x == ~x + 1, wodurch

x      00001000    00001010
~x     11110111    11110101
-x     11111000    11110110
x & -x 00001000    00000010

...mit anderen Worten: x & -x isoliert das niederwertigste Bit von x, und das ist genau dann x, wenn x höchstens ein gesetztes Bit hat.

Es sieht mir allerdings danach aus, als käme zumindest clang mit der !(x & (x - 1))-Variante besser zurecht, weil er da leal missbrauchen kann, um mit einer Instruction x - 1 in ein zweites Register zu schubsen; für -x braucht er movl und negl. Das wird für den gcc auf x86(-64) dann auch gelten. Wie das bei solchen Low-Level-Angelegenheiten immer so ist, YMMV auf anderen Architekturen.

Columbo

Ich habe das ganze mal gemessen.

#include <cstdint>

bool foo1(uint32_t u, uint32_t v)
{
	return !(u & (u - 1))
	    && !(v & (v - 1))
	    && u != v
	    && u && v;
}

bool foo2(int32_t u, int32_t v)
{
	int temp1 = u - 1;
	int temp2 = v - 1;

	return temp1 >= 0 && !(temp1 & u)
          && temp2 >= 0 && !(temp2 & v)
          && u != v;
}

int foo3(uint32_t x, uint32_t y)
{
  return (x & -x) == x &&
         (y & -y) == y &&
         (x | y)  != x &&
         x;
}

bool foo4(uint32_t u, uint32_t v)
{
	asm goto (
R"(
	mov %%eax, %%ecx
	sub $1, %%ecx
	js %l2
	test %%eax, %%ecx
	jnz %l2

	mov %%ebx, %%ecx
	sub $1, %%ecx
	js %l2
	test %%ebx, %%ecx
	jnz %l2

	test %%eax, %%ebx
	jnz %l2
)"
	:: "a"(u), "b"(v)
	: "%ecx"
	: RET_FALSE );

	return true;
	RET_FALSE: return false;
}

bool foo5(uint32_t u, uint32_t v)
{
	uint8_t B = 1;
	asm (
R"(
	blsr %%eax, %%ecx
	setz %%dl
	and %%dl, %0
	setnc %%dl
	and %%dl, %0

	blsr %%ebx, %%ecx
	setz %%dl
	and %%dl, %0
	setnc %%dl
	and %%dl, %0

	test %%eax, %%ebx
	setz %%dl
	and %%dl, %0
)"
	: "+r"(B)
	: "a"(u), "b"(v)
	: "%ecx", "%dl" );

	return B;
}

bool foo6(uint32_t u, uint32_t v)
{
	uint8_t B = 1;
	asm (
R"(
	popcnt %%eax, %%ecx
	cmp $1, %%ecx
	sete %%dl
	and %%dl, %0

	popcnt %%ebx, %%ecx
	cmp $1, %%ecx
	sete %%dl
	and %%dl, %0

	test %%eax, %%ebx
	setz %%dl
	and %%dl, %0
)"
	: "+r"(B)
	: "a"(u), "b"(v)
	: "%ecx", "%dl" );

	return B;
}

#include <random>
#include <iostream>
#include <iomanip>

template< typename F >
void test( F foo, char const* name, std::size_t N = 200000000 )
{
	auto first = clock();
	std::minstd_rand rng( time(nullptr) );
	std::uniform_int_distribution<uint32_t> dis( 0, 31 );

	while(N--)
	{
		auto d1 = (1 << dis(rng)),
		     d2 = (1 << dis(rng));
		foo( d1, d2 );
	}

	auto measured = 1. * (clock() - first) / CLOCKS_PER_SEC;
	std::cout << std::setw(15) << std::right << name << ": " <<  measured << '\n';
}

int main()
{
	test( foo1, "Arcoth" );
	test( foo2, "hustbaer" );
	test( foo3, "seldon" );
	test( foo4, "Marthog" );
	test( foo5, "Arcoth's BLSR" );
	test( foo6, "Arcoth's POPCNT" );
}

g++ -O3 -std=c++1y:
         Arcoth: 8.46297
       hustbaer: 7.63319
         seldon: 7.58602
        Marthog: 8.56772
  Arcoth's BLSR: 8.89045
Arcoth's POPCNT: 8.67961

Da ich von effizientem Assembler äußerst wenig Ahnung habe, habe ich einfach mal hustbaers Booyahh-Rufen gefolgt und die bedingten Sprünge eliminiert.
Das Ergebnis scheint eindeutig, aber vielleicht kann jemand ja foo5 und foo6 verbessern (bzw. umschreiben ).

volkard

Die Messung macht jetzt bei den Sprüngen, ob eine Zahl genau ein Bit gesetzt hat, aber immer in eine Richtung, wodurch die bedingten Sprünge da so billig werden wie unbedingte, weils die Sprungvorhersage immer recht hat.

Statt bis 200000000 zu messen miss lieber 1000 mal bis 200000 und nimm den schnellsten Lauf. Du willst nämlich das Reinhacken des BS in die Messung eliminieren, was damit viel viel zuverlässiger geht als mit Duchschnittsmessung.