C编译器优化 - 涉及算术的宏

Question

我正在与一位朋友讨论优化问题，需要帮助找到这个问题的答案，并希望能够阅读一些官方文档以进一步了解问题。

我被告知，在生产环境中编译简单程序时（例如：CCOPTS+=-O4，无调试等），以下代码将被优化：

#define COEFFICIENT_F  (5.0f)
...
...
float f = 1.0f / COEFFICIENT_F;

…将自动优化为以下内容：

#define COEFFICIENT_F  (5.0f)
...
...
#define INV_COEFFICIENT_F (0.2f)
float f = 1.0f * INV_COEFFICIENT_F;

如果我正在编译调试版本（例如：CCOPTS+=-O0 DEBUG=-g），那么代码将不会在预处理器级别优化此操作。

因此，我的问题有两个：

1. 传递给编译器的优化级别是否影响预处理器所做的决策？
2. 例如，GCC是否会自动执行这样的转换，包括在预处理时预先计算逆系数，并将其存储在我的代码的数据段中，同时通过乘以其倒数而不是除以其倒数进行计算？

谢谢！

- Cloud

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看一下这两个的汇编输出并进行比较？fdiv与fmul（或者其他你系统的浮点操作码）可以展示出来。虽然我不能直接回答你的两个问题... - Michael Dorgan

可能是常量C表达式在编译时还是运行时计算？的重复问题。 - trojanfoe

Answer 1

你的答案如下：

1. 不。预处理是按照标准定义执行的，不受任何优化级别的影响。

2. 你所指的优化不是在预处理时进行的，而是在从前端到代码生成器的长路中进行的。

- Bryan Olivier

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我甚至不相信2是一种优化。编译器会看到1.0 / 5.0，无论优化设置如何，都会计算为0.2。 - trojanfoe

@trojanfoe，该优化称为“常量折叠”，虽然不是非常高级的优化，但仍然有效。一些前端（经过预处理后）可能会执行此类优化，但我认为这是不好的做法。啊，所以是的，它可以在-O0下执行。 - Bryan Olivier

但是这会随着优化器设置的改变而改变吗？ - trojanfoe

Answer 2

这真的取决于编译器的确切用法和确切环境。在你提供的确切示例中，编译器必须非常愚蠢才能不明白 1.0f/5.0f = 0.2f，就像 1.0f*0.2f = 0.2f 一样（好吧，在这两种情况下，结果可能是 0.1999996 或类似的东西）。

现在，如果我们有一些编译器在编译过程中无法解决的数据：

 float f[] = { 3.1415926f, 1.0f, 9.82f, 1.4142f };
 float res[4]; 

 for(int i = 0; i < 4; i++)
    res[i] = f[i] / COEFFICIENT_F;

vs.

 for(int i = 0; i < 4; i++)
    res[i] = f[i] * INV_COEFFICIENT_F;

它可能会产生一些差异（特别是在较低的优化级别下，因为优化器不会将微不足道的数学运算替换为其他数学运算，直到至少达到-O2）。

这会产生多大的差异取决于处理器架构。

要确定确切的差异，您需要编写一个小程序并进行测量。（不过要做比四个更多的数字！）

- Mats Petersson