gcc的几个自动优化

我的gcc版本是4.4.1

先来看const和define以及enum定义，编译器会做什么样的优化：

enum { constant=23 };
#define CONSTANT 23
static  const int Static_Constant=23;
const int Constant = 23;

int foo() {
    a(constant+3);
    a(CONSTANT+4);
    a(Static_Constant+5);
    return Static_Constant + Constant;
}

ok，我们然后来看对应的汇编代码(我这里用O2编译)：

foo:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	subl	$24, %esp
//constant+3=26
	movl	$26, (%esp)
	call	a
///CONSTANT+4=27
	movl	$27, (%esp)
	call	a
///Static_Constant+5=28
	movl	$28, (%esp)
	call	a
///Static_Constant + Constant = 23 + 23 = 46
	movl	$46, %eax
	leave
	ret
	.size	foo, .-foo
.......................................

///被保留。
Constant:
	.long	23
	.ident	"GCC: (Ubuntu 4.4.1-4ubuntu8) 4.4.1"

1 可以看到编译器会将它们的值直接计算然后再调用函数a，也就是+那一步被编译器优化掉了。

2 没有static修饰的const变量的那块内存被保留了，尽管foo并没有引用这块内存。

接下来看宏和内联，编译器会做什么不同的优化：

先看测试代码：

#define abs(x) ((x)>0?(x):-(x))

static long abs2(long x) { 
    return x >= 0 ? x : -x; 
}  

long foo2(long a) {
    return abs(a);
}


long bar(long a) { 
    return abs2(a);
}

然后来看汇编代码。这里只是汇编代码·片断：

foo2:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	8(%ebp), %eax
	popl	%ebp
	movl	%eax, %edx
	sarl	$31, %edx
	xorl	%edx, %eax
	subl	%edx, %eax
	ret
	.size	foo2, .-foo2
	.p2align 4,,15
.globl bar
	.type	bar, @function
bar:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	8(%ebp), %eax
	popl	%ebp
	movl	%eax, %edx
	sarl	$31, %edx
	xorl	%edx, %eax
	subl	%edx, %eax
	ret
	.size	bar, .-bar
	.p2align 4,,15

bar和foo2的代码完全一样，由此可见bar函数自动被内联了。

下面这个测试我用的gcc是4.3

现在我们来去掉static,然后来看会出现什么情况,源码:

long abs2(long x) { 
    return x >= 0 ? x : -x; 
}  

long foo2(long a) {
    return abs(a);
}


long bar(long a) { 
    return abs2(a);
}

来看汇编:

abs2:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	8(%ebp), %eax
	popl	%ebp
	movl	%eax, %edx
	sarl	$31, %edx
	xorl	%edx, %eax
	subl	%edx, %eax
	ret
bar:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	8(%ebp), %eax
	popl	%ebp
	movl	%eax, %edx
	sarl	$31, %edx
	xorl	%edx, %eax
	subl	%edx, %eax
	ret

可以看到依然会被内联,可是和没有加static相比,会生成abs2这个段.这是因为编译器要做最保守的处理,如果不加static的话,abs2可能还被其他的文件所调用,因此会保留这个abs2.

这里来做个总结吧.实验代码就不贴了,有兴趣可以自己去试试.

1 用O3编译,函数加不加static ,都会被内联.


2 如果函数被调用一次,并且函数体很大

如果为static修饰的函数,他无论如何都会被内联.

如果不加static的话,就需要你强制O3优化了,用O3也会生成abs2那个段.如果O2编译,则会生成跳转指令.

3 如果函数被调用多次.

加不加static修饰的函数,调用次数超过一定的数值都会生成跳转指令.


因此我们一个文件内的内部函数尽量都声明为static的。

接下来来看数组的边界检测，编译器会如何优化：

static char array[100000];

static int write_to(int ofs,char val) {
///检测边界(这个会被优化掉)
    if (ofs>=0 && ofs<100000)
        array[ofs]=val;
}

int main() {
    int i;
    for (i=0; i<100000; ++i) array[i]=0;//<这里没有检测边界
    for (i=0; i<100000; ++i) write_to(i,-1);
}

然后来看对应的汇编代码，其中L6表示第一个赋值，L7为第二个赋值：

.L6:
	movl	$0, array(%eax)
	addl	$4, %eax
	cmpl	$100000, %eax
	jne	.L6
	xorl	%eax, %eax
	.p2align 4,,7
	.p2align 3
.L7:
	movl	$-1, array(%eax)
	addl	$4, %eax
	cmpl	$100000, %eax
///可以看到边界检测被优化掉了
	jne	.L7
	popl	%ebp
	ret
	.size	main, .-main
	.p2align 4,,15

可以看到生成了相同的代码，边界检测被编译器优化了(也就是删除掉了).也就是循环的时候(如果我们for循环的边界检测刚好包含本身的边界检测的话,我们不需要多余的边界检测.)如果将for循环的边界检测改为大于100000的话,我们就会看到,编译器会生成相应的边界检测的.

static char array[100000];
 static int write_to(int ofs,char val){
          if(ofs>=0&&ofs<99999)
                  array[ofs]=val;
  }
  int main(){
         int i;
          for(i=0;i<99998;++i)array[i]=0;
          for(i=1;i<100000;++i)write_to(i,-1);
 }

汇编代码(只看write_to那部分):

.L6:
	movb	$-1, array(%eax)
	addl	$1, %eax
	cmpl	$100000, %eax
	je	.L4
	cmpl	$99999, %eax
	jne	.L6
.L4:
	popl	%ecx
	popl	%ebp
	leal	-4(%ecx), %esp

可以看到当for的边界检测包含write_to的边界的时候就会生成这段.

再来看另外的一些边界检测优化：

int regular(int i) {
///这里判断i的边界。
    if (i>5 && i<100)
        return 1;
    exit(0);
}

来看regular的汇编代码：

regular:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	subl	$24, %esp
	movl	8(%ebp), %eax
///先将i减去6
	subl	$6, %eax
///然后和93比较
	cmpl	$93, %eax
	ja	.L18
	movl	$1, %eax
	leave
	ret
.L18:
///设置返回值为0
	movl	$0, (%esp)
	call	exit

可以看到i>5 && i<100被优化为 i-6 <93。并且编译器知道exit不会有返回值，因此还会设置正确的返回值。

接下来来看for和while，编译器会有什么不一样的处理：

char array[100000];
int foo5(int a)
{
    int i;
    for (i=1; i<a; i++)
        array[i]=array[i-1]+1; 

}

void foo6(int a)
{
    int i =1;
    while (i<a) {
        array[i]=array[i-1]+1;
        i++;
    }
}

来看生成的汇编：

foo5:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	8(%ebp), %ecx
	pushl	%ebx
	cmpl	$1, %ecx
	jle	.L23
	movzbl	array, %ebx
	movl	$1, %eax
foo6:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	8(%ebp), %ecx
	pushl	%ebx
	cmpl	$1, %ecx
	jle	.L29
	movzbl	array, %ebx
	movl	$1, %eax

可以看到完全一模一样，我记得在老的版本的gcc中，for和while生成的汇编是不一样的。

还有gcc的switch优化为跳转表可以看我前面的blog.

还有一些就是数值计算的优化了,不过这里就不介绍了。

评论

2 楼 lurker0 2010-02-13  

》》可以看到i>5 && i<100被优化为 i-6 <93。

如果i为99  左侧条件为真，右侧条件为假，就不等价。

这里是不是有问题？

1 楼 seen 2010-02-03  

>>可以看到i>5 && i<100被优化为 i-6 <93

从数学上来说是说不通的。
这里有点意思。。。以前不知道还有这一手。。。在CF上玩了点小花样