汇编语言二分查找排序代码分析(13)
2009-10-21 10:53
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来自于《Intel汇编语言程序设计》（第四版）第九章。
我们知道二分查找排序是每次比较之后都会将查找范围减半的算法，其算法时间复杂度是O(logN)，查找40亿的数据时，其时间也不过30秒左右，非常高效，不过其需要的前提是一个已经按升序或降序排序完成的数据集合。
下面看一下原书中用C++实现的适用于有符号整数的二分查找函数：
int BinSearch( int values[] , const int searchVal , int count )
{
int first = 0 ;
int last = count -1 ;
while ( first <= last )
{
int mid = ( first + last ) / 2
if ( values[mid] < searchVal )
first = mid + 1;
else if (values[mid] > searchVal)
last = mid - 1;
else
return mid; ; success
}
return -1; ; not found
}
原书用汇编语言实现的部分：
;--------------------------------------------------------------------------------------
BinarySearch PROC uses ebx edx esi edi,
pArray:PTR DWORD, ;pointer to array
Count:DWORD, ; array size
searchVal:DWORD ; search value
LOCAL first : DWORD, ; frist position
last : DWORD, ; last position
mid : DWORD ; midpoint
;
; search an array of signed integers for a single value.
; Receives : Pointer to array , array size , search value.
; Returns : If a match is found ,EAX=the array position of the
; matching element ; otherwise , EAX=1.
;--------------------------------------------------------------------------------------
mov first , 0 ; first = 0
mov eax,Count ; last = ( Count - 1 )
dec eax
mov last,eax
mov edi,searchVal ; EDI = search Val
mov ebx,pArray ; EBX points to the array
L1: ; while first<=last
mov eax,first
cmp eax,last
jg L5 ; exit search
; mid = ( last + first ) / 2
mov eax,last
add eax, first
shr eax,1
mov mid,eax
; EDX=values[mid]
mov esi,mid
shl esi,2 ; scale mid value by 4
mov edx,[ebx+esi] ; EDX=values[mid]
; if ( EDX < searchval[EDI])
; first = mid + 1
cmp edx,edi
jge L2
mov eax,mid ; first = mid + 1
inc eax
mov first,eax
jmp L4
; else if (EDX>searchVal(EDI))
; last = mid - 1;
L2: cmp edx,edi ; optional
jle L3
mov eax,mid ; last = mid- 1
dec eax
mov last,eax
jmp L4
; else return mid
L3: mov eax,mid ; value found
jmp L9 ; return mid
L4: jmp L1 ; continue the loop
L5: mov eax,-1 ; search failed
L9: ret
BinarySearch ENDP
因为以上程序里有几个条件跳转指令，所以先复习一下这些指令格式：
jg,jge和jle均基于有符号数指令比较。
jg 目的操作数 源操作数
如果目的操作数大于源操作数则跳转。
jge 目的操作数 源操作数
如果目的操作数大于或等于源操作数则跳转。
jle 目的操作数 源操作数
如果目的操作数小于或等于源操作数则跳转。
另外还有两个移位指令shl和shr，作用如下：
SHL(shift left)指令对目的操作数执行逻辑左移操作。低位以0填充，移出的最高位被送到进位标志(CF)中，原来的进位标志就丢失了。
SHL指令格式为：
SHL 目的操作数 源操作数
而SHR完全与SHL相反，SHR(shift right)指令对目的操作数执行逻辑右移操作。移出的数据以0代替，最低位被送到进位标志(CF)中，原来的进位标志就丢失了。
SHL指令格式为：
SHL 目的操作数 源操作数
下面我们来看一下汇编代码。虽然程序很长，但是并不是很复杂，我们就以注释来代替讲解：
;--------------------------------------------------------------------------------------
BinarySearch PROC uses ebx edx esi edi, ; 将寄存器的值先保存
pArray:PTR DWORD, ;pArray为指DWORD类型的数组的指针
Count:DWORD, ; 数组的长度
searchVal:DWORD ; 需要查找的值
LOCAL first : DWORD, ; 开始地址
last : DWORD, ; 结束地址
mid : DWORD ; 中间地址
;
; search an array of signed integers for a single value.
; Receives : Pointer to array , array size , search value.
; Returns : If a match is found ,EAX=the array position of the
; matching element ; otherwise , EAX=1.
;--------------------------------------------------------------------------------------
mov first , 0 ; first = 0
mov eax,Count ; last = ( Count - 1 )
dec eax
mov last,eax
mov edi,searchVal ; EDI = search Val
mov ebx,pArray ; EBX points to the array
L1: ; while first<=last
mov eax,first
cmp eax,last
jg L5 ; 如果first大于last，则退出
; mid = ( last + first ) / 2
mov eax,last
add eax, first
shr eax,1 ; 通过右移位除以2
mov mid,eax
; EDX=values[mid]
mov esi,mid
shl esi,2 ; 因为我们现在操作的是DWORD，所以乘以4
mov edx,[ebx+esi] ; 这样得到的就是中间地址，把中间地址的值赋给edx
; if ( EDX < searchval[EDI])
; first = mid + 1
cmp edx,edi ; 如果中间值小于要查找的数
jge L2 ; 如果edx大于等于edi则跳转，否则向下执行
mov eax,mid ; first = mid + 1
inc eax
mov first,eax
jmp L4
; else if (EDX>searchVal(EDI))
; last = mid - 1;
L2: cmp edx,edi ; 如果中间值大于要查找的数
jle L3 ; 如果edx小于等于edi则跳转，否则向下执行
mov eax,mid ; last = mid- 1
dec eax
mov last,eax
jmp L4
; else return mid
L3: mov eax,mid ; value found
jmp L9 ; return mid
L4: jmp L1 ; continue the loop
L5: mov eax,-1 ; 没有找到，返回-1
L9: ret
BinarySearch ENDP
此汇编代码完全是按照上面C++代码的逻辑编写。
我们知道二分查找排序是每次比较之后都会将查找范围减半的算法，其算法时间复杂度是O(logN)，查找40亿的数据时，其时间也不过30秒左右，非常高效，不过其需要的前提是一个已经按升序或降序排序完成的数据集合。
下面看一下原书中用C++实现的适用于有符号整数的二分查找函数：
int BinSearch( int values[] , const int searchVal , int count )
{
int first = 0 ;
int last = count -1 ;
while ( first <= last )
{
int mid = ( first + last ) / 2
if ( values[mid] < searchVal )
first = mid + 1;
else if (values[mid] > searchVal)
last = mid - 1;
else
return mid; ; success
}
return -1; ; not found
}
原书用汇编语言实现的部分：
;--------------------------------------------------------------------------------------
BinarySearch PROC uses ebx edx esi edi,
pArray:PTR DWORD, ;pointer to array
Count:DWORD, ; array size
searchVal:DWORD ; search value
LOCAL first : DWORD, ; frist position
last : DWORD, ; last position
mid : DWORD ; midpoint
;
; search an array of signed integers for a single value.
; Receives : Pointer to array , array size , search value.
; Returns : If a match is found ,EAX=the array position of the
; matching element ; otherwise , EAX=1.
;--------------------------------------------------------------------------------------
mov first , 0 ; first = 0
mov eax,Count ; last = ( Count - 1 )
dec eax
mov last,eax
mov edi,searchVal ; EDI = search Val
mov ebx,pArray ; EBX points to the array
L1: ; while first<=last
mov eax,first
cmp eax,last
jg L5 ; exit search
; mid = ( last + first ) / 2
mov eax,last
add eax, first
shr eax,1
mov mid,eax
; EDX=values[mid]
mov esi,mid
shl esi,2 ; scale mid value by 4
mov edx,[ebx+esi] ; EDX=values[mid]
; if ( EDX < searchval[EDI])
; first = mid + 1
cmp edx,edi
jge L2
mov eax,mid ; first = mid + 1
inc eax
mov first,eax
jmp L4
; else if (EDX>searchVal(EDI))
; last = mid - 1;
L2: cmp edx,edi ; optional
jle L3
mov eax,mid ; last = mid- 1
dec eax
mov last,eax
jmp L4
; else return mid
L3: mov eax,mid ; value found
jmp L9 ; return mid
L4: jmp L1 ; continue the loop
L5: mov eax,-1 ; search failed
L9: ret
BinarySearch ENDP
因为以上程序里有几个条件跳转指令，所以先复习一下这些指令格式：
jg,jge和jle均基于有符号数指令比较。
jg 目的操作数 源操作数
如果目的操作数大于源操作数则跳转。
jge 目的操作数 源操作数
如果目的操作数大于或等于源操作数则跳转。
jle 目的操作数 源操作数
如果目的操作数小于或等于源操作数则跳转。
另外还有两个移位指令shl和shr，作用如下：
SHL(shift left)指令对目的操作数执行逻辑左移操作。低位以0填充，移出的最高位被送到进位标志(CF)中，原来的进位标志就丢失了。
SHL指令格式为：
SHL 目的操作数 源操作数
而SHR完全与SHL相反，SHR(shift right)指令对目的操作数执行逻辑右移操作。移出的数据以0代替，最低位被送到进位标志(CF)中，原来的进位标志就丢失了。
SHL指令格式为：
SHL 目的操作数 源操作数
下面我们来看一下汇编代码。虽然程序很长，但是并不是很复杂，我们就以注释来代替讲解：
;--------------------------------------------------------------------------------------
BinarySearch PROC uses ebx edx esi edi, ; 将寄存器的值先保存
pArray:PTR DWORD, ;pArray为指DWORD类型的数组的指针
Count:DWORD, ; 数组的长度
searchVal:DWORD ; 需要查找的值
LOCAL first : DWORD, ; 开始地址
last : DWORD, ; 结束地址
mid : DWORD ; 中间地址
;
; search an array of signed integers for a single value.
; Receives : Pointer to array , array size , search value.
; Returns : If a match is found ,EAX=the array position of the
; matching element ; otherwise , EAX=1.
;--------------------------------------------------------------------------------------
mov first , 0 ; first = 0
mov eax,Count ; last = ( Count - 1 )
dec eax
mov last,eax
mov edi,searchVal ; EDI = search Val
mov ebx,pArray ; EBX points to the array
L1: ; while first<=last
mov eax,first
cmp eax,last
jg L5 ; 如果first大于last，则退出
; mid = ( last + first ) / 2
mov eax,last
add eax, first
shr eax,1 ; 通过右移位除以2
mov mid,eax
; EDX=values[mid]
mov esi,mid
shl esi,2 ; 因为我们现在操作的是DWORD，所以乘以4
mov edx,[ebx+esi] ; 这样得到的就是中间地址，把中间地址的值赋给edx
; if ( EDX < searchval[EDI])
; first = mid + 1
cmp edx,edi ; 如果中间值小于要查找的数
jge L2 ; 如果edx大于等于edi则跳转，否则向下执行
mov eax,mid ; first = mid + 1
inc eax
mov first,eax
jmp L4
; else if (EDX>searchVal(EDI))
; last = mid - 1;
L2: cmp edx,edi ; 如果中间值大于要查找的数
jle L3 ; 如果edx小于等于edi则跳转，否则向下执行
mov eax,mid ; last = mid- 1
dec eax
mov last,eax
jmp L4
; else return mid
L3: mov eax,mid ; value found
jmp L9 ; return mid
L4: jmp L1 ; continue the loop
L5: mov eax,-1 ; 没有找到，返回-1
L9: ret
BinarySearch ENDP
此汇编代码完全是按照上面C++代码的逻辑编写。
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