我一直在玩Godbolt编译器，并输入了以下代码：
constexpr int func(int x)
{
return x > 3 ? x * 2 : (x < -4 ? x - 4 : x / 2);
}
int main(int argc)
{
return func(argc);
}字符串
代码有点直接。这里最重要的部分是func(int x)内部的最后一次除以2。由于x是一个整数，基本上任何编译器都会将其简化为移位以避免除法指令。
来自x86-64 gcc 12.2 -O3（对于Linux，因此是System V ABI）的程序集看起来像这样：
main:
cmp edi, 3
jle .L2
lea eax, [rdi+rdi]
ret
.L2:
cmp edi, -4
jge .L4
lea eax, [rdi-4]
ret
.L4:
mov eax, edi
mov ecx, 2
cdq
idiv ecx
ret型
您可以看到最后的idiv ecx命令，它不是移位，而是实际除以2。我还测试了clang和clang实际上减少了这一转变。
main: # @main
mov eax, edi
cmp edi, 4
jl .LBB0_2
add eax, eax
ret
.LBB0_2:
cmp eax, -5
jg .LBB0_4
add eax, -4
ret
.LBB0_4:
mov ecx, eax
shr cl, 7
add cl, al
sar cl
movsx eax, cl
ret型
这可能是由于内联造成的吗？我对这里发生的事情很好奇。
1条答案
按热度按时间zphenhs41#
GCC对
main有特殊处理：隐式__attribute__((cold))因此
main得到的优化较少（或者更倾向于大小而不是速度），因为它在大多数程序中通常只被调用一次。__attribute__((cold))与-Os（优化大小）并不完全相同，但它是朝着这个方向迈出的一步，有时会获得成本启发法来选择一个简单的除法指令。正如GCC开发人员Marc Glisse评论的那样，**如果你正在对
main进行基准测试或查看它是如何优化的，不要将你的代码放在一个名为main的函数中。MinGW GCC在init函数中添加了一个额外的call，gcc -m32添加了代码以将堆栈对齐16。所有这些都是您不希望看到的代码中的噪声。参见How to remove "noise" from GCC/clang assembly output?）Another Q&A显示GCC将
main放入.text.startup部分，沿着其他假定的“冷”函数。（这对于TLB和分页局部性是有好处的;希望在进程启动后，整个init函数页都能被逐出。这个想法是，main中的代码可能只运行一次，真实的工作发生在它调用的某些函数中。如果真实的工作内联到main中，或者对于简单的程序，这可能不是真的。对于所有代码都是
main的玩具程序来说，这是一个糟糕的启发式方法，但GCC就是这样做的。人们经常运行的大多数真实的的程序都不是玩具，它们在其他一些函数中有足够的代码，而不是内联到main中。虽然如果启发式算法更聪明一点，如果整个程序或循环中的所有函数都优化为main，那么删除cold就更好了，因为一些真实的程序非常简单。您可以使用GNUC函数属性覆盖启发式算法。
***
__attribute__((hot)) int main(){ ...**优化您期望的方式（来自Sopel评论的Godbolt，添加了属性）。
__attribute__((cold))在一个不叫main的函数上产生idiv。__attribute__((optimize("O3")))没有帮助。int main(int x, char **y){ return x/2; }does 仍然使用gcc -O2的移位，所以main beingcold并不总是有这种效果（不像-Os）。但是也许你的除法已经是有条件的了，GCC猜测基本块甚至不会每次都运行，所以这是更有理由让它变小而不是变快的原因。
疯狂的是，GCC
-Osfor x86-64（Godbolt）确实使用idiv来进行常数2的有符号除法，而不仅仅是用于任意常数（GCC通常使用uses a multiplicative inverse，即使在-O0上也是如此）。如果任何代码大小与一个算术右移，带有一个fixup以向零舍入（而不是-inf），并且可能会慢得多，特别是对于Ice Lake之前的Intel上的64位整数。AArch 64也是如此，它是2个固定大小的指令，sdiv几乎肯定要慢得多。sdiv确实在AArch 64上保存了一些代码大小，以获得更高的2次幂（Godbolt），但仍然慢得多，因此对于-Os来说可能不是一个好的折衷方案。idiv不保存x86-64上的指令（因为需要将cdq或cqo保存到RDX中），尽管可能有几个字节的代码大小。因此，可能只适用于-Oz，它还将使用push 2/pop rcx将一个小常数放入3 bytes of x86-64 machine code instead of 5中的寄存器。