+0和不+0的性能差异

前几日，有群友转发了某位技术大佬的weibo。并在群里询问如下两个函数哪个执行的速度比较快（weibo内容）。

go 复制代码

func g(n int, ch chan<- int) {
	r := 0
	for i := 0; i < n; i++ {
		r += i
	}
	ch <- r + 0
}

func f(n int, ch chan<- int) {
	r := 0
	for i := 0; i < n; i++ {
		r += i
	}
	ch <- r
}

很显然，g函数中ch <- r + 0 比 f函数中 ch <- r 多了一个+0
g、f的for循环都执行了n次，对r进行更新

那到底哪个快呢？我们搞了一组Benchmark测试

环境如下：

go version: 1.20

go os: windows

go arch: arm64

代码如下：

go 复制代码

package main

import "testing"

func BenchmarkG(b *testing.B) {
	ch := make(chan int)
	N := 100000
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		go g(N, ch)
	}
}

func BenchmarkF(b *testing.B) {
	ch := make(chan int)
	N := 100000
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		go f(N, ch)
	}
}

为了显现出性能差异，我们直接将g、f两个函数中for循环次数 N 设定为100000（十万次）。

执行结果如下
从结果可以看出：

g函数在单位时间，总共执行了167175次，每次耗时7148ns

f函数在单位时间，总共执行了71856次，每次耗时23909ns

很显然，g函数的执行效率更胜一筹

那为什么会产生这样的结果呢？

话不多说，直接上大招

使用:go tool compile -S ./main.go > dump.txt 将目标go文件的汇编写入dump.txt

下面截取了g函数的主要汇编代码

text 复制代码

main.g STEXT size=112 args=0x10 locals=0x28 funcid=0x0 align=0x0
	0x0000 00000 (main.go:11)	TEXT	main.g(SB), ABIInternal, $48-16
    ...
	0x0018 00024 (main.go:11)	MOVD	ZR, R2
	0x001c 00028 (main.go:11)	MOVD	ZR, R3
	0x0020 00032 (main.go:13)	JMP	48
	0x0024 00036 (main.go:13)	ADD	$1, R2, R4
	0x0028 00040 (main.go:14)	ADD	R2, R3, R3
	0x002c 00044 (main.go:13)	MOVD	R4, R2
	0x0030 00048 (main.go:13)	CMP	R2, R0
	0x0034 00052 (main.go:13)	BGT	36
	0x0038 00056 (main.go:16)	MOVD	R3, main..autotmp_4-8(SP)
	0x003c 00060 (main.go:16)	MOVD	R1, R0
	0x0040 00064 (main.go:16)	MOVD	$main..autotmp_4-8(SP), R1
	0x0044 00068 (main.go:16)	PCDATA	$1, $1
	0x0044 00068 (main.go:16)	CALL	runtime.chansend1(SB)
	0x0048 00072 (main.go:17)	LDP	-8(RSP), (R29, R30)
	0x004c 00076 (main.go:17)	ADD	$48, RSP
	0x0050 00080 (main.go:17)	RET	(R30)

下面截取了f函数的主要汇编代码

text 复制代码

main.f STEXT size=112 args=0x10 locals=0x28 funcid=0x0 align=0x0
	0x0000 00000 (main.go:3)	TEXT	main.f(SB), ABIInternal, $48-16
    ...
	0x0018 00024 (main.go:4)	MOVD	ZR, main.r-8(SP)
	0x001c 00028 (main.go:4)	MOVD	ZR, R2
	0x0020 00032 (main.go:5)	JMP	52
	0x0024 00036 (main.go:6)	MOVD	main.r-8(SP), R3
	0x0028 00040 (main.go:6)	ADD	R2, R3, R3
	0x002c 00044 (main.go:6)	MOVD	R3, main.r-8(SP)
	0x0030 00048 (main.go:5)	ADD	$1, R2, R2
	0x0034 00052 (main.go:5)	CMP	R2, R0
	0x0038 00056 (main.go:5)	BGT	36
	0x003c 00060 (main.go:8)	MOVD	R1, R0
	0x0040 00064 (main.go:8)	MOVD	$main.r-8(SP), R1
	0x0044 00068 (main.go:8)	PCDATA	$1, $1
	0x0044 00068 (main.go:8)	CALL	runtime.chansend1(SB)
	0x0048 00072 (main.go:9)	LDP	-8(RSP), (R29, R30)
	0x004c 00076 (main.go:9)	ADD	$48, RSP
	0x0050 00080 (main.go:9)	RET	(R30)

对比一下
不难看出，g函数在循环结构中，只使用了R0、R2、R3、R4寄存器。

f函数在循环结构中，使用了R0、R2、R3寄存器，并在单次循环内，操作了两次栈内存
0x0024 00036 (main.go:6) MOVD main.r-8(SP), R3

将main.r-8(SP)栈内存对应的内容，加载进R3寄存器
0x002c 00044 (main.go:6) MOVD R3, main.r-8(SP)

将R3寄存器的内容写入，main.r-8(SP)栈内存

因为CPU读写内存的速度远低于读写寄存器的速度，所以在大样本量的数据驱动下，g函数的执行速度要远快于f函数的执行速度。

至于为什么出现该性能差异，究其根本，是Go编译器、优化器、对源码编译导致的，也就是编译器的黑魔法使然。