컴퓨터 시스템 : CSAPP 3장 정리 - 3.6 장 제어문 Part.2

3.6.5 - 조건부 분기를 조건 제어로 구현하기 (Implementing Conditional Branches with Conditional Control)

🎯 조건부 분기를 조건 제어로 구현한다는 건?

우리 눈에 보이는 C 코드에서는 if, else 같은 조건문이 있다. 컴퓨터는 이걸 어셈블리 코드에서 점프(jump) 명령어를 써서 구현한다.

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👨‍🏫 예시 C 코드

long absdiff_se(long x, long y) {
    if (x < y) {
        lt_cnt++;
        return y - x;
    } else {
        ge_cnt++;
        return x - y;
    }
}

• 여기서 lt_cnt랑 ge_cnt는 "x가 y보다 작을 때"와 "크거나 같을 때"를 센다는 의미다.

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🧱 이걸 어셈블리로 바꾸면?

컴파일러는 이렇게 바꾼다.

cmpq %rsi, %rdi      ; x < y 인지 비교
jge .L2              ; x >= y면 .L2로 점프
addq $1, lt_cnt(%rip); lt_cnt++
movq %rsi, %rax
subq %rdi, %rax      ; result = y - x
ret
.L2:
addq $1, ge_cnt(%rip); ge_cnt++
movq %rdi, %rax
subq %rsi, %rax      ; result = x - y
ret

🧠 컴파일러는 어떻게 결정하는가?

1. 먼저 비교를 한다. cmpq로 x와 y 비교.
2. 조건이 맞으면 (jge) 점프해서 else 코드 실행.
3. 조건이 안 맞으면 그냥 다음 줄 실행해서 if 코드 실행.

이런 방식은 C 코드의 if-else를 아주 똑같이 구현할 수 있다.

🔁 C 코드 버전의 점프 스타일 (goto 코드)

컴퓨터가 이해하기 쉬운 방식으로 바꿔 보면:

long gotodiff_se(long x, long y) {
    if (x >= y)
        goto x_ge_y;
    lt_cnt++;
    return y - x;
x_ge_y:
    ge_cnt++;
    return x - y;
}

goto는 "이 줄로 바로 점프하자!"는 의미로. jmp랑 비슷하다.

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3.6.6 조건부 이동으로 조건부 분기 구현하기

💡 조건부 분기와 조건부 이동의 차이점

기존 방식: 조건부 분기(jump)

우리가 전에 배운 if문을 컴퓨터는 조건 검사 → 점프(jump)로 처리했다.

예:

if (x < y) result = y - x;
else result = x - y;

이걸 어셈블리에서는 cmp + jge + jmp 등을 써서 "이 조건이면 저기로 가자!" 식으로 처리한다.

그런데 이 점프는 잘못 예측하면 컴퓨터가 일을 다시 하게 돼서 느려질 수 있다 😢

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새로운 방식: 조건부 이동(move)

그래서 나오는 게 바로 조건부 이동(conditional move)이다. 이건 점프 없이도 “조건에 맞으면 이 값으로 바꾸자”라고 할 수 있다.

💡 조건부 이동이란?

조건부 이동은 어떤 조건이 맞을 때만 값을 복사하는 명령어다.
조건이 맞지 않으면? 그냥 무시하고 지나간다.

형식은 이렇게 생겼다.

cmovXX src, dest

 

• XX는 조건을 나타내는 문자들이다.
• src의 값을 dest로 복사한다 단, 조건이 맞을 때만 복사한다.

🧾 주요 조건부 이동 인스트럭션들

명령어	뜻 (조건)	동작 조건
cmove 또는 cmovz	같으면 이동 (equal)	ZF = 1
cmovne 또는 cmovnz	다르면 이동 (not equal)	ZF = 0
cmovl	(signed) 작으면 이동	SF ≠ OF
cmovle	(signed) 작거나 같으면 이동	ZF = 1 or SF ≠ OF
cmovg	(signed) 크면 이동	ZF = 0 and SF = OF
cmovge	(signed) 크거나 같으면 이동	SF = OF
cmova	(unsigned) 크면 이동	CF = 0 and ZF = 0
cmovae	(unsigned) 크거나 같으면 이동	CF = 0
cmovb	(unsigned) 작으면 이동	CF = 1
cmovbe	(unsigned) 작거나 같으면 이동	CF = 1 or ZF = 1

📌 예시 코드

cmpq %rsi, %rdi        ; x - y 비교
movq %rdi, %rax        ; 기본값: x
cmovl %rsi, %rax       ; 만약 x < y (signed)면, y를 복사

이 코드는 “x가 y보다 작으면, 결과에 y를 넣어라”는 의미다

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🔁 예제: 절댓값 차이를 구하는 함수

👨‍🏫 원래 C 코드:

long absdiff(long x, long y) {
    long result;
    if (x < y)
        result = y - x;
    else
        result = x - y;
    return result;
}

✨ 조건부 이동을 쓴 C 코드:

long cmovdiff(long x, long y) {
    long rval = y - x;
    long eval = x - y;
    long ntest = x >= y;

    if (ntest) rval = eval;  // 조건부 이동 느낌!
    return rval;
}

 

이걸 컴파일하면 어셈블리에서는 이렇게 된다:

movq %rsi, %rax        ; rval = y
subq %rdi, %rax        ; rval = y - x
movq %rdi, %rdx        ; eval = x
subq %rsi, %rdx        ; eval = x - y
cmpq %rsi, %rdi        ; x >= y ?
cmovge %rdx, %rax      ; 맞으면 rval = eval
ret

여기서 핵심은 cmovge라는 명령어다.
조건이 맞을 때만 %rdx 값을 %rax에 복사한다.

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✅ 장점은?

• 점프가 없음 → 예측 실패로 인한 느려짐이 없다
• 파이프라인 흐름 깨지지 않음 → 빠르고 효율적이다.

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⚠️ 주의할 점

조건부 이동은 두 개의 계산 결과를 모두 미리 계산해야 한다.

예:

long rval = y - x;
long eval = x - y;

둘 다 계산하고 나서 조건에 따라 하나를 선택한다.

그래서 만약 계산 중 하나가 오류나 부작용이 있으면 위험하다. 예를 들어 포인터를 따라가거나 나눗셈을 할 때는 조심해야 한다.

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🧠 요약

항목	조건 분기	조건 이동
방식	점프 사용	데이터 복사
속도	예측 실패 시 느림	더 빠름
사용 조건	일반적으로 가능	계산이 안전할 때만 가능

✅ 요약

• cmov 계열은 조건이 맞을 때만 이동(복사) 한다.
• 점프 없이 조건문을 구현할 수 있어서 효율적이다.
• 다만 두 값을 미리 계산해야 한다는 점은 조심해야 한다. (비용 증가 가능성 있음).

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3.6.7 반복문(Loops) 

🔁 반복문이란?

반복문은 같은 코드를 여러 번 실행할 때 쓰는 도구이다.
예를 들어 "1부터 10까지 숫자를 차례로 더해라" 같은 걸 반복문으로 쉽게 할 수 있다.

C에는 대표적으로 3가지 반복문이 있다.

1. do-while
2. while
3. for

1️⃣ do-while 루프

• 먼저 실행 → 나중에 조건 검사
• 최소 1번은 실행됨

📘 C 코드

do {
    body-statement;
} while (test-expr);

🔧 어셈블리 스타일 구조

loop:
    body-statement
    t = test-expr
    if (t) goto loop

🧪 예: 팩토리얼 계산

long fact_do(long n) {
    long result = 1;
    do {
        result *= n;
        n = n - 1;
    } while (n > 1);
    return result;
}

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2️⃣ while 루프

• 조건 먼저 검사 → 조건이 참일 때만 실행

📘 C 코드

while (test-expr) {
    body-statement;
}

🔧 어셈블리 스타일 구조 (jump-to-middle 방식)

goto test;

loop:
    body-statement
test:
    t = test-expr
    if (t) goto loop

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3️⃣ for 루프

• 세 부분으로 나눠짐: 초기화, 조건검사, 증가

📘 C 코드

for (init-expr; test-expr; update-expr) {
    body-statement;
}

🔧 어셈블리 스타일 구조

init-expr;
goto test;

loop:
    body-statement
    update-expr
test:
    t = test-expr
    if (t) goto loop

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✅ 핵심 요약

루프 종류	조건 검사 시점	특징
do-while	뒤에서 검사	무조건 한 번 실행
while	앞에서 검사	조건이 맞아야 실행
for	앞에서 검사	변수 초기화, 조건, 증가 다 포함

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3.6.8 Switch 문 (Switch Statements)

🌀 Switch 문이 무엇인가?

C 언어에서 switch 문은 한 변수의 값에 따라 여러 다른 경우(case)를 실행하게 해주는 도구이다.
예를 들어:

switch (n) {
    case 1: ...
    case 2: ...
    default: ...
}

이런 식으로 n 값에 따라 다른 코드 블록을 실행한다

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💡 컴퓨터는 이걸 어떻게 구현할까?

컴퓨터는 이걸 효율적으로 실행하기 위해 점프 테이블(jump table)이라는 걸 사용한다.

🔢 점프 테이블이란?

• 마치 “주소가 들어있는 배열” 같은 것이다.
• switch 값(n)을 인덱스로 사용해서, 배열에서 그 값에 맞는 주소로 점프한다.
• 즉, n = 2라면 jump_table[2]에 있는 주소로 점프한다.

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📘 예시 C 코드

void switch_eg(long x, long n, long *dest) {
    long val = x;
    switch (n) {
        case 100: val *= 13; break;
        case 102: val += 10;
        case 103: val += 11; break;
        case 104:
        case 106: val *= val; break;
        default: val = 0;
    }
    *dest = val;
}

🧠 컴파일된 코드에서 일어나는 일

1. 먼저 n - 100 해서 index를 만든다 (0~6 범위로 조정).
2. 그 index가 범위를 벗어나면 → default로 점프
3. 아니면 → 점프 테이블에서 index에 해당하는 주소로 점프한다

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🧭 점프 테이블의 예시

index	case 값	점프 위치
0	100	loc_A
1	101	loc_def (default)
2	102	loc_B
3	103	loc_C
4	104	loc_D
5	105	loc_def
6	106	loc_D

이런 식으로 각 값에 따라 이동할 위치가 정해져 있다.

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🔁 Fall-through (떨어지는 경우)

• case 102:에는 break가 없지다. 그래서 바로 다음 case 103: 코드도 같이 실행된다.
• 이걸 fall-through라고 한다.

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✅ 장점?

• if-else를 계속 비교하는 것보다 빠르다.
• case가 많을수록 효과가 커진다.
• 컴파일러(gcc)는 case가 4개 이상이고 값 범위가 작으면 점프 테이블을 자동 사용한다.