비트연산자(Bitwise operator)가 산술연산자(Arithmetic operator)보다 더 빠를까? - JVM, 바이트코드, 컴파일러

알고리즘 문제를 풀다가, 

나는 

answer = a / 2

다른 사람의 풀이에서는

answer = a >> 1

인 것을 보았다.

 

위는 산술연산자( / , *, +, -) 아래는 비트연산자(shift, and, or, not)이다. 그중 >>는 shift 연산자이다.

 

비트연산자가 산술연산자보다 더 빠르다는 글들을 보았는데, 짐작해봐도 그럴 것 같다. 어짜피 우리가 작성한 코드는 기계어로 변환된다. 그리고 shift는 기계어가 한 번에(한 클럭에) 실행가능한 가장 단순한 명령어 중 하나이다.

 

그렇다면 결국 산술 연산인 // 은 컴파일러를 통해 결국 shift로 변환되거나, 또 다른 단순한 명령어들의 조합으로 계산 될 것이다. 그러니 비트연산자가 더 빠를 것 같았다.

 

A. 결론은?

 빠를 수도 있고, 빠르지 않을 수도 있다.

 

n / d 에서,

 

- d이 2의 배수이면 비트연산자가 빠른 것이 맞다. 하지만 산술연산자를 사용하더라도 컴파일러가 Optimization을 진행하며 shfit연산자로 변환하기 때문에, 거의 차이가 나지 않는다고 보는게 맞다. *그러나 임베디드 환경에서 제한된 메모리에서 코딩할 때는 유의미한 차이가 날 수 있다.

 

- d가 2의 배수가 아니라면 비트연산자가 빠른 것이 아니다. 2의 배수가 아니라면 shift연산이 불가하고, 곱셉과 빼기의 반복으로 더 복잡한 연산이 필요하다. 비트연산자가 이 복잡한 연산에서 더 빠를것이라고 보장할 수 없다.

 

고로, 제한된 환경에서 low level 언어로 코딩하는게 아니라면 굳이 논리연산자를 사용하려 할 필요가 없다.

 

B. 왜냐면

(1) Java파일이 기계어로 변환되는과정

결론을 이해하기 위해, 우선 코드가 어떻게 기계어로 변환되는지 보자.

자바를 예로들어

출처: https://www.happykoo.net/@happykoo/posts/242

 

.java 파일은 .class(바이트코드)로 바뀌고, JVM을 통해 기계어로 변환된다.

 

- 자바 컴파일러: java파일을 바이트코드로 변환

- JVM : 바이트코드를 OS에 맞는 기계어로 변환한다./ 가비지 콜렉터로 메모리 관리한다. 덕분에 OS에 대해서 독립적이다. 컴퓨터에서는 프로그램을 실행하는 것이 아닌 인터페이스 역할을 하는 JVM을 통해 실행한다.

 

결국 우리가 작성한 코드는 기계어로 변환된다.

이 과정에서 컴파일러는 코드를 변환함과 동시에 Optimization(최적화)를 하게 되는데, 그 때 비트연산으로 변환 될 수 있는 산술연산같은 경우에는 변환된다.

 

컴파일러가 최적화를 해주기 때문에, 제한된 환경(메모리 제약 등)에서의 low-level언어 코드 작성이 아니라면 굳이 비트연산자를 사용할 필요가 없다.

 

(2) 값이 2의 배수일 때, 아닐 때 

 bit 는 0과 1의 값만을 가질 수 있는 2진수이다. 비트연산자 shift(자릿수 오른쪽 이동, 왼쪽 이동)

출처: https://wikidocs.net/258135

그렇기 때문에 n / d 의 경우, d가 2의배수가 아니라면, shift 가 아니라 

ex) 10 / 3 

=>

10 - 3 = 7

7 - 3 = 4

4 - 3 = 1

3번 뺐으므로 몫은 3, 나머지 값은 1

과 같이 반복되는 빼기와 더하기로 연산해야한다.

 

이 경우 비트연산자가 산술연산자보다 더 낫지 않다.

 

C. 더 알아볼 내용

- 자바 인터프리터와 JIT가 어떻게 작동하는지

- Runtime Data Areas 에서 어떻게 동작하는

 

참조

https://velog.io/@yoondoong/%EB%B0%94%EC%9D%B4%ED%8A%B8-%EC%BD%94%EB%93%9C%EB%A5%BC-%EC%9D%BD%EB%8A%94-%EB%B0%A9%EC%8B%9D

바이트 코드를 읽는 방식

https://www.happykoo.net/@happykoo/posts/242

해피쿠 블로그 - [Java] 자바코드가 실행되는 과정에 대해 알아보자

https://beststar-1.tistory.com/2