编译器会优化数学表达式吗？

Question

rustc是否对这些表达式进行优化？

• 2*x -> x<<1（将x左移1位）
• x/2 -> x>>1（将x右移1位）
• x % 8 -> x&7（取x与7的按位与结果）
• 以及类似的操作

- ArekBulski

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没问题，LLVM经常在没有rustc前端的帮助下执行这种优化。 - user4815162342

它们甚至能够优化更复杂的情况，如 x*13 和 x%13。请注意，需要启用优化。 - Jérôme Richard

更复杂的例子：pub fn sum(i: u32) -> u32 { (0..i).sum() }（计算0到给定数字之间所有数字的总和）被优化为其闭式解。虽然代码中说“遍历所有数字并将它们相加”，但LLVM发现有一个等效的解决方案可以在常数时间内运行并删除循环。 - user2722968

Answer 1

这些微小的优化属于LLVM 优化 Pass的领域，实际上生成的汇编代码更好、更正确。

2*x 编译成单指令 lea rax, [rdi + rdi]，在所有现代 x86 处理器上都是单 uop（相关问题）

x/2 对于有符号数被编译为最快和正确的方式，这在 -1 的情况下可以得到正确的答案（相关问题）

mov     rax, rdi
shr     rax, 63
add     rax, rdi 
sar     rax 

但对于无符号数，它会编译成右移操作。

mov     rax, rdi
shr     rax

x % 8同样适用这个情况，对于有符号数（负数），它会编译成较长的汇编代码。

mov     rax, rdi
lea     rcx, [rdi + 7]
test    rdi, rdi
cmovns  rcx, rdi
and     rcx, -8
sub     rax, rcx
ret

针对无符号数的and指令（相关问题）

 mov     rax, rdi
 and     eax, 7
 ret

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