c - 我如何理解-O3 的优化？

Question

<分区>

Answer 1

-O3 与 -O2 的作用相同，而且:

• 函数的内联部分。
• 执行函数克隆以增强过程间常量传播。
• 在 Graphite 外部执行循环交换。这可以提高循环嵌套的缓存性能，并允许进行进一步的循环优化，如矢量化。例如，循环:

for (int i = 0; i < N; i++)
  for (int j = 0; j < N; j++)
    for (int k = 0; k < N; k++)
      c[i][j] = c[i][j] + a[i][k]*b[k][j];

转化为

for (int i = 0; i < N; i++)
  for (int k = 0; k < N; k++)
    for (int j = 0; j < N; j++)
      c[i][j] = c[i][j] + a[i][k]*b[k][j];

• 对可行循环应用展开和堵塞转换。在循环嵌套中，这会按某个因子展开外循环并融合生成的多个内循环。
• 剥离有足够信息的循环，它们不会滚动太多。它还会打开完整的循环剥离(即完全移除具有少量恒定迭代次数的循环)。
• 执行预测性共享优化，即重复使用在之前的循环迭代中执行的计算(尤其是内存加载和存储)。
• 分割通向循环后缘的路径。这可以改进死代码消除和公共(public)子表达式消除。
• 提高大循环体的缓存性能，并允许进行进一步的循环优化，例如并行化或矢量化。
• 将具有循环不变条件的分支移出循环，并在两个分支上重复循环(根据条件的结果进行修改)。
• 如果循环遍历具有可变步幅的数组，请创建另一个版本的循环，假定步幅始终为一个。例如:

for (int i = 0; i < n; ++i)
  x[i * stride] = …;

变成:

if (stride == 1)
  for (int i = 0; i < n; ++i)
    x[i] = …;
else
  for (int i = 0; i < n; ++i)
    x[i * stride] = …;

---

例如下面的代码:

unsigned long apply(unsigned long (*f)(unsigned long, unsigned long), unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c) {
    for (unsigned long i = 0; i < b; i++)
        c = f(c, a);
    return c;
}

unsigned long inc(unsigned long a, unsigned long b) { return a + 1; }
unsigned long add(unsigned long a, unsigned long b) { return apply(inc, 0, b, a); }

优化添加功能:

英特尔语法

add:
  lea rax, [rsi+rdi]
  ret

美国电话电报公司:

add:
  leaq (%rsi,%rdi), %rax
  ret

没有 -O3 输出是:

英特尔语法

add:
  push rbp
  mov rbp, rsp
  sub rsp, 16
  mov QWORD PTR [rbp-8], rdi
  mov QWORD PTR [rbp-16], rsi
  mov rdx, QWORD PTR [rbp-8]
  mov rax, QWORD PTR [rbp-16]
  mov rcx, rdx
  mov rdx, rax
  mov esi, 0
  mov edi, OFFSET FLAT:inc
  call apply
  leave
  ret

美国电话电报公司:

add:
  pushq %rbp
  movq %rsp, %rbp
  subq $16, %rsp
  movq %rdi, -8(%rbp)
  movq %rsi, -16(%rbp)
  movq -8(%rbp), %rdx
  movq -16(%rbp), %rax
  movq %rdx, %rcx
  movq %rax, %rdx
  movl $0, %esi
  movl $inc, %edi
  call apply
  leave
  ret

您可以使用 -S 标志和 -masm=intel 比较函数 A 和 B 的输出汇编器>.

此答案基于 GCC documentation ，您可以从中学到更多。