diff --git a/assets/p313.png b/assets/p313.png index 9b6bf17..fec7fb5 100644 Binary files a/assets/p313.png and b/assets/p313.png differ diff --git a/document.yaml b/document.yaml index 0073fd2..8d9b7a8 100644 --- a/document.yaml +++ b/document.yaml @@ -12,7 +12,7 @@ date: turnin: year: 令和7年 month: 06月 - day: 19日 + day: 24日 school_name: 岐阜工業高等専門学校 department: 電子制御工学科 diff --git a/main.tex b/main.tex index 51f30d6..c66097b 100644 --- a/main.tex +++ b/main.tex @@ -5,7 +5,7 @@ \studentid{2024D14} \seatingnum{15} \reportdate{令和7年}{06月}{19日} -\turnindate{令和7年}{06月}{19日} +\turnindate{令和7年}{06月}{24日} \schoolname{岐阜工業高等専門学校} \department{電子制御工学科} \subject{情報処理I} diff --git a/output/main-opt-final.pdf b/output/main-opt-final.pdf new file mode 100644 index 0000000..12e9624 Binary files /dev/null and b/output/main-opt-final.pdf differ diff --git a/output/main.pdf b/output/main.pdf index 4698fa7..c120d2b 100644 Binary files a/output/main.pdf and b/output/main.pdf differ diff --git a/programs/p313/main b/programs/p313/main index 16a4374..d5a8a7f 100755 Binary files a/programs/p313/main and b/programs/p313/main differ diff --git a/programs/p313/main.c b/programs/p313/main.c index 4eac1c1..1f93dc7 100644 --- a/programs/p313/main.c +++ b/programs/p313/main.c @@ -3,32 +3,32 @@ int main(void) { int month; - printf("Input month: "); + printf("月を入力してください: "); scanf("%d", &month); switch (month) { case 12: case 1: case 2: - puts("It is winter."); + printf("%d月は冬です。\n", month); break; case 3: case 4: case 5: - puts("It is spring."); + printf("%d月は春です。\n", month); break; case 6: case 7: case 8: - puts("It is summer."); + printf("%d月は夏です。\n", month); break; case 9: case 10: case 11: - puts("It is autumn."); + printf("%d月は秋です。\n", month); break; default: - puts("Unknown month."); + puts("不明な月です。"); } return 0; diff --git a/references.bib b/references.bib index ed8df79..3f163a9 100644 --- a/references.bib +++ b/references.bib @@ -6,3 +6,12 @@ month = {01}, urldate = {2025-06-19} } + +@online{intel_manual, + title = {Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual}, + author = {Intel Corporation}, + url = {https://software.intel.com/en-us/download/intel-64-and-ia-32-architectures-sdm-combined-volumes-1-2a-2b-2c-2d-3a-3b-3c-3d-and-4}, + year = {2025}, + month = {03}, + urldate = {2025-06-24} +} diff --git a/section/appendix.tex b/section/appendix.tex index a7e2257..6407a97 100644 --- a/section/appendix.tex +++ b/section/appendix.tex @@ -7,7 +7,7 @@ 初学者は\texttt{if}文と\texttt{switch}文の使い分けで困まる時があるようだ。 前述したとおり、どちらも条件分岐を行うことができる。 -しかし、2つには文法以外に明確な違いがある。それは、\texttt{switch}文のほうが「圧倒的」に\\処理速度が速いというところである。 +しかし、2つには文法以外に明確な違いがある。それは、\texttt{switch}文のほうが「\textbf{圧倒的}」に\\処理速度が速いというところである。 まず、その処理速度の違いを見てみる。 以下のPythonスクリプトで10万個の条件文を含むCソースコードを生成する: @@ -57,14 +57,50 @@ sys 0m0.002s では、なぜ\texttt{switch}文の方が速いのか。それは、比較演算の数にある。 -\texttt{if}文はその数と同じ数の比較演算が使われている。 +\texttt{if}文は記述した数と同じ数の比較演算が使われている。 一方、\texttt{switch}文は比較に関する演算は一度しか行われない。 -それぞれのバイナリを逆アセンブルする: +それぞれのバイナリをIntel記法\cite{intel_manual}で逆アセンブルする: \begin{lstlisting} $ objdump -Mintel -d ifs $ objdump -Mintel -d switch-case \end{lstlisting} +\lstinputlisting[numbers=none,title={\texttt{if}文10万個の\texttt{comp}関数の逆アセンブル(抜粋)}]{../programs/ifvswitch/ifs-dump-trunc} +\lstinputlisting[numbers=none,title={\texttt{switch}文10万個の\texttt{comp}関数の逆アセンブル(抜粋)}]{../programs/ifvswitch/switch-case-dump-trunc} +\texttt{if}文では\texttt{cmp}、\texttt{jne}、\texttt{mov}、\texttt{jmp}が並んでおり、上から順に値を比較していき、等価が確認されたらアドレス\texttt{0x5d0d47}に飛び関数から抜け出る。 +この時、値が大きいと関数の深部まで進めないと等価が確認されないので時間がかかる。言い換えれば比較回数は引数の値に比例するといえる($O(n)$)。 + +一方\texttt{switch}文では、\texttt{cmp}と\texttt{jne}のような比較命令は関数の始め以外全く見あたらない。 + +ここで、関数の始めの10数個の命令を見ると、4行目では16進数\texttt{0x1869f}$(99999)$とスタック上にロードされた引数を比較している。 +次の\texttt{ja}命令では前行の結果に応じて関数の終わり付近のアドレス\texttt{0x4f5344}へ飛ぶ。 +この命令は「○○以上であるか」を検証するので、この場合は等価検証する値の範囲である0〜99999に引数が含まれているかを検証し、そうでなければその時点で関数から抜け出る処理を行っている。 + +13行目まではアドレスに関する算術を行っている。 +\texttt{rdx}レジスタには引数の4倍の値を代入し、\texttt{rax}レジスタには\texttt{0x4f6004}というマジックナンバーをロードする。 +このマジックナンバーは整数型配列のアドレスとなっている。 +この配列は更にはコンパイル時に計算されたマジックナンバーがリトルエンディアンで格納されてる。 + +次に32ビットの\texttt{eax}レジスタに\texttt{rdx}レジスタと\texttt{rax}レジスタの和が示めすアドレスが指している値を代入している。 +つまり、引数をインデックスとし、それに32ビット整数型のサイズである4バイトを掛け、配列のアドレスに足すことで配列にアクセスしている。 +例として引数が2の時、アドレスは$\texttt{0x4f6004} + \texttt{0x4} * \texttt{0x2} = \texttt{0x4f600c}$となり、そこから4バイト分を読むと\texttt{4db1f0ff}となり、リトルエンディアンとして変換すると\texttt{0xfff0b14d}となる。 + +\texttt{cdqe}命令は\texttt{eax}レジスタをサイズが倍の\texttt{rax}レジスタに符号拡張している。 +この時\texttt{rax}レジスタには負の値が入っている。 +引数が2の時、\texttt{0xfff0b14d}を符号拡張すると\texttt{0xfffffffffff0b14d}となり、この数の2の補数で負の数と解釈すると\texttt{-0xf4eb3}となる。 + +\texttt{rdx}レジスタに\texttt{0x4f6004}を再びロードし、\texttt{rax}レジスタに\texttt{rdx}レジスタの値を加算する。 +引数が2の場合、$\texttt{-0xf4eb3} + \texttt{0x4f6004} = \texttt{0x401151}$となる。 + +この後\texttt{rax}レジスタに代入されているアドレスに飛ぶが、この時のアドレスは\texttt{case}ラベルで指定した処理に対応している。 + +これはハッシュマップに似たもので、どんな値でも処理速度は変化することはない($O(1)$)。 + +この魔法のような演算のおかげで、\texttt{switch}文は比較せずとも分岐を行うことができ、\texttt{switch}文で扱える値の型が整数型なのも納得いくだろう。 + +結局\texttt{if}文と\texttt{switch}文どちらを使うべきかは分岐の数と実行環境による。 + +分岐の数が少なく、処理速度はあまり求められない場合は\texttt{if}文、膨大な分岐を必要とし、かつ処理速度に制限がある場合は\texttt{switch}文が有用である。