c++ - 为什么此代码片段会在 C 和 C++ 中生成截然不同的汇编代码？

Question

struct v {
    int val[16];
};

struct v test(struct v a, struct v b) {
    struct v res;

    for (int i = 0; i < 16; i++)
        res.val[i] = a.val[i] + b.val[i];

    return res;
}

作为 C++ 编译，GCC 7.2 发出:

  push r10
  vmovdqu32 zmm0, ZMMWORD PTR [rsp+16]
  mov rax, rdi
  vpaddd zmm0, zmm0, ZMMWORD PTR [rsp+80]
  lea r10, [rsp+16]
  vmovdqu32 ZMMWORD PTR [rdi], zmm0
  pop r10

编译为 C:

  lea r10, [rsp+8]
  and rsp, -64
  mov rax, rdi
  push QWORD PTR [r10-8]
  push rbp
  mov rbp, rsp
  push r10
  vmovdqu32 zmm0, ZMMWORD PTR [r10]
  vpaddd zmm0, zmm0, ZMMWORD PTR [r10+64]
  vmovdqa64 ZMMWORD PTR [rbp-112], zmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-112]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-96]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+16], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-80]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+32], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-64]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+48], xmm0
  pop r10
  pop rbp
  lea rsp, [r10-8]

在 Godbolt 编译器资源管理器上编译为 C 与 C++:

clang x86 汇编:https://godbolt.org/g/FfrKTf
gcc x86 汇编:https://godbolt.org/g/SZQqqt

相同的代码片段在 gcc 和 clang 中为 C 和 C++ 生成截然不同的代码:

• 循环自动向量化的方式不同:gcc 使用未对齐的加载/存储，但 g++ 使用标量直到对齐边界，-march=sandybridge 或任何比 AVX2 更窄的东西。

  这不是特定于 x86 的:AArch64 SIMD 的自动矢量化也会发生同样的事情。

• C 版本实际上将结果存储到堆栈上的本地 res，然后使用从那里复制 SIMD 拷贝到返回值指针(有时拷贝的 vector 宽度与对于刚刚存储数据的循环)。

  禁用自动矢量化 (-fno-tree-vectorize)，gcc 仍使用 SIMD 加载/存储来复制结果。

有人知道为什么会这样吗？

是否有一些 C++ 标准中有但 C 标准中没有的对齐保证？这是 ABI 问题吗？或者是编译器资源管理器上的一些奇怪的编译选项？

Answer 1

根据编译器转储，C Gimple IR 在堆栈上工作中间对象(然后将其复制到返回值)

$ gcc ../tmp.c -fdump-tree-gimple -O2 -S -std=c99
$ cat tmp.c.004t.gimple
...
    <D.1621>:
    D.1626 = a.val[i];
    D.1627 = b.val[i];
    D.1628 = D.1626 + D.1627;
    res.val[i] = D.1628;
    i = i + 1;
    <D.1622>:
    if (i <= 15) goto <D.1621>; else goto <D.1623>;
    <D.1623>:
  }
  <retval> = res;
  return <retval>;

而 C++ 直接对 retval temp 进行操作:

$ g++ ../tmp.c -fdump-tree-gimple -O2 -S
$ cat tmp.c.004t.gimple
    <D.2250>:
    D.2254 = a.val[i];
    D.2255 = b.val[i];
    D.2256 = D.2254 + D.2255;
    <retval>.val[i] = D.2256;
    i = i + 1;
    <D.2251>:
    if (i <= 15) goto <D.2250>; else goto <D.2248>;
    <D.2248>:
  }
  return <retval>;

AFAIR C 和 C++ Gimple 生成器不共享代码，所以像这样的异常是可以预料的。我鼓励您在 GCC Bugzilla 中报告此事因为这可能是一个常见的性能问题。