組合語言的藝術——基本認識（三）：代碼結構優化、迴圈與分支技巧

前言：細節決定成敗，習慣成就大師

組合語言效率建立在指令運用上。本章收錄實戰中常見的低效寫法與優化對照，涵蓋條件判斷、流程安排、錯誤處理、迴圈指令選擇、暫存器運用、常數vs暫存器、分支預測與 JMP SHORT 優化。

一、程式要條理通順：判斷與流程優化

1. 連續比較 → 區間判斷

; 差：逐一比較
CMP AL,0; JE ABCD0
CMP AL,1; JE ABCD1
CMP AL,2; JE ABCD2

; 優：先比中間值
CMP AL,1
JNE ABCD0
ABCD1: ...
; ABCD0 內再 JA ABCD2

最常見路徑 (ABCD1) 無分支，最快。

2. 指令重排消除冗餘

; 差
ADD AX,4
ABCD: STOSW; ADD AX,4; ADD DI,2; LOOP ABCD

; 優：將不變操作移出迴圈或合併
ABCD: ADD AX,4; STOSW; INC DI; INC DI; LOOP ABCD

3. 錯誤邏輯修正

; 差：MOV BX,SI / MOV BX,[BX] / OR BX,BX / JZ / MOV SI,BX / JMP
; 優：LODSW / OR AX,AX / JZ / MOV SI,BX / JMP

直接用 LODSW 載入並檢查，省去間接定址開銷。

4. 分支重構

; 差：TEST/JNZ 跳轉 CALL / JMP SHORT
; 優：TEST/JZ 直線執行 / INC BX*2 / CALL 統一入口

5. 堆疊操作極小化

; 差：PUSH DI / MOV CX,BX / REP STOSB / POP DI
; 優：MOV CX,BX / REP STOSB / SUB DI,BX

; 差：PUSH CX / REP MOVSB / POP CX / SUB DX,CX
; 優：SUB DX,CX / REP MOVSB   (CX 不變)

6. 位元測試表格驅動

; 差：8 段 TEST/JZ/MOV 重複代碼
; 優：緩衝區按序排列 / MOV DI,OFFSET BUF1 / MOV AL,BL / MOV CX,4
X1: SHR AH,1; JZ X2; STOSB
X2: SHR AH,1; JZ X3; MOV [DI],DX; INC DI; INC DI
X3: LOOP X1

7. 除法迴圈 → 減法迴圈

; 差：SUB AH,AH / CMP/JB / SUB/INC/JMP
; 優：MOV AH,-1 / INC AH / SUB AL,BL / JA 迴圈 / ADD AL,BL 還原

8. 字母大小寫轉換：AND 取代多重比較

; 差：CMP 60h/JA / SUB 40h / JMP / SUB 60h
; 優：AND AL,1Fh   ; 直接取字母序數 (A=1..Z=26, a=1..z=26)

9. 防禦性程式設計：檢查輸入合法性

測試時假設正確輸入，實際用戶會輸入錯誤。所有有「正確/錯誤」之分的輸入、運算，**必須預先檢查排除錯誤資料**。正確性優先於精簡。

二、指令應用要靈活：大小寫轉換案例演進

需求：DS:SI 資料長度 CX，BL=0 大轉小，BL=1 小轉大。

版本 1：極差 (子程式調用開銷巨大)

LOOP1: CALL CHANGE; JC LOOP11; ADD AL,20h; JMP LOOP12
LOOP11: SUB AL,20h
LOOP12: MOV [SI-1],AL; LOOP LOOP1
CHANGE: LODSB; OR BL,BL; JZ CHANGS; CMP AL,61h; JB CHARET; CMP AL,7Ah; JA CHARET; STC; CHARET: RET
CHANGS: CMP AL,41h; JB CHARET; CMP AL,5Ah; JA CHARET; CLC; RET

每筆資料調用子程式：23+20=43T 開銷，迴圈內再浪費數十 T。

版本 2：內聯但仍用常數比較

CHANGE: LODSB; OR BL,BL; JZ CHANGS; CMP AL,61h; JB CHANG1; CMP AL,7Ah; JA CHANG1; SUB AL,20h; CHANG0: MOV [SI-1],AL; CHANG1: LOOP CHANGE
CHANGS: CMP AL,41h; JB CHANG1; CMP AL,5Ah; JA CHANG1; ADD AL,20h; JMP CHANG1

版本 3：常數預載暫存器 (DH/DL)

MOV AH,20h; MOV DX,7A61h; OR BL,BL; JZ CHANGE; MOV DX,5A41h
CHANGE: LODSB; CMP AL,DL; JB CHANG1; CMP AL,DH; JA CHANG1; XOR AL,AH; MOV [SI-1],AL; CHANG1: LOOP CHANGE; RET

暫存器比較極快，平均 <40T/筆，10MHz 下 10 萬筆約 0.5 秒。

版本 4：預設法 (緩衝區統一參數)

MOV AH,20h; MOV DX,BWCOM; CHANGE: LODSB; CMP AL,DL; JB CHANG1; CMP AL,DH; JA CHANG1; XOR AL,AH; MOV [SI-1],AL; CHANG1: LOOP CHANGE; RET

彈性最大，統一應用介面即可共用。

三、迴圈中的指令：時脈成本核算

• 核心原則：速度第一，記熟指令時脈，選擇最高效等效指令
• 忌諱：緩衝區 (慢、佔空間、不靈活)、常數 (盡量用暫存器)、PUSH/POP/DIV/MUL/CALL (高時脈)

案例：位元組 vs 字處理

; 位元組版：50,000 次 × 55T = 275M T ≈ 0.25 秒 (10MHz)
LOOP1: LODSB; XOR AL,[DI]; STOSB; LOOP LOOP1

; 字版：25,000 次 × 66T = 165M T ≈ 0.16 秒，快 36%
LOOP1: LODSW; XOR AX,[DI]; STOSW; LOOP LOOP1

巢狀迴圈與 CALL 開銷

• LOOP 17T，巢狀極貴
• CALL/RET 43T，迴圈中絕對避免
• 四指令子程式 LODSW/XOR/STOSW/RET 若用 CALL 調用：3B 調用換 4B 本體，得不償失

雙重迴圈扁平化

; 差：外層 LOOP2 內層 LOOP3，PUSH/POP CX 保存外層計數
; 優：單層迴圈 + DEC DX / JNZ 外層標號
; 省 46T → 35T/外層迭代

四、分支處理技巧

資料分類驅動分支

1. 位元分類：以資料位元為索引，間接定址/分支 (如倉頡碼繪圖)
2. 字元分類：≤128 類用雙數編碼間接定址；連續分類值乘二
3. 間隔分類：提取可分類資料建字串緩衝區，REPNZ SCASW 比對，間接 CALL

程式結構：間接定址集中於模組首部

便於擴充、表現層次、合併共用代碼。子程式標號按功能集中性排序。

真/假分支時脈非對稱：真 16T、假 4T

高速路徑設為直線 (假)，低概率設為分支 (真)。

CDEF: CMP AL,'?'; JZ ABCD; LOOP CDEF  ; '?' 最少，NZ 只需 4T
ABCD: ...

JMP vs JMP SHORT

• JMP 3B/15T，JMP SHORT 2B/15T (距離 ≤ 128B)
• 向上跳轉編譯器自動優化；向下需手動改 JMP SHORT，否則多 1B NOP + 2T
• 除錯完成後全盤檢查 JMP，常有斬獲

總結

從判斷邏輯重構到迴圈指令換裝，從暫存器預載到分支預測利用，每一個微優化在迴圈累積下都是數量級的效能差距。養成「小事不做，小善不為」的反面習慣——即時優化每一條指令——是邁向組合語言大師的必經之路。