GCC似乎错过了简单的优化

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GCC似乎错过了简单的优化

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我正在尝试引入一个通用函数，其语义类似于三元运算符：E1 ? E2 : E3。我发现编译器能够根据三元运算符的条件消除其中一个E2或E3的计算。然而，在调用ternary函数时，即使E2/E3没有副作用，GCC也会错过这种优化。

在下面的代码清单中，函数ternary被编写成与三元运算符类似。但是，GCC会发出潜在的重复调用函数f的指令，这似乎可以通过消除一些输入值（就像对于三元运算符一样）来实现，因为f被声明为纯属性，请查看godbolt链接以获取由GCC生成的汇编代码。

这是否是GCC可以改进的地方（优化的空间），还是C++标准明确禁止这种优化？

// Very heavy function
int f() __attribute__ ((pure));

inline int ternary(bool cond, int n1, int n2) {
    return cond ? n1 : n2;
}

int foo1(int i) {
    return i == 0 ? f() : 0;
}

int foo2(int i) {
    return ternary(i == 0, f(), 0);
}

使用-O3 -std=c++11的汇编清单：

foo1(int):
  test edi, edi
  jne .L2
  jmp f()
.L2:
  xor eax, eax
  ret
foo2(int):
  push rbx
  mov ebx, edi
  call f()
  test ebx, ebx
  mov edx, 0
  pop rbx
  cmovne eax, edx
  ret

https://godbolt.org/z/HfpNzo

- eXXXXXXXXXXX2

2

它可以使用__attribute__ ((const))来“工作”。 - melpomene

2

@eXX：你应该在GCC的bugzilla上报告这个关键字=missed-optimization的错误。https://gcc.gnu.org/bugzilla/enter_bug.cgi?product=gcc。 - Peter Cordes

1

嘿，如果我将 foo1 改为 int t = f(); return i == 0 ? t : 0;，GCC 就不会对其进行优化（它总是调用 f），但是它会将 foo2 编译成 jmp foo1。 - melpomene

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让此事棘手的一点是，完全没有迹象表明函数调用是昂贵的，而有迹象表明不调用函数是昂贵的：这需要一个额外的分支。 - user743382

@hvd 说得好，但是“多个分支”不是一个合理的估算函数调用成本的方法吗？ - 463035818_is_not_a_number

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1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Peter Cordes · Accepted Answer

我发现编译器可以根据E1的条件（只要E2 / E3没有副作用）消除E2或E3中的一个计算，对于三元运算符。

编译器不会消除它; 它只是从一开始就没有将其优化为 cmov 。 C ++抽象机器不会评估未使用的三元运算符的一侧。

int a, b;
void foo(int sel) {
    sel ? a++ : b++;
}

如下所示编译（Godbolt）：

foo(int):
    test    edi, edi
    je      .L2                # if(sel==0) goto
    add     DWORD PTR a[rip], 1   # ++a
    ret
.L2:
    add     DWORD PTR b[rip], 1   # ++b
    ret

当输入没有任何副作用时，三目运算符可以优化为一个汇编cmov，否则它们并不完全等价。

在C++的抽象机器中（即gcc优化器的输入），foo2总是调用f()，而foo1不会。因此foo1被编译成这样并不奇怪。

要使foo2以这种方式编译，必须优化掉对f()的调用。它总是被调用来创建ternary()的参数。

这里存在一个遗漏的优化，你应该在GCC的bugzilla上报告（使用missed-optimization关键字作为标记）。https://gcc.gnu.org/bugzilla/enter_bug.cgi?product=gcc 调用int f() __attribute__ ((pure));应该能够被优化掉。它可以读取全局变量，但不能有任何副作用。（https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Common-Function-Attributes.html）

正如评论中@melpomene发现的那样，int f() __attribute__ ((const));可以给您所寻找的优化。一个__attribute__((const))函数甚至不能读取全局变量，只能读取它的参数。（因此，如果没有参数，它必须始终返回常量。）

HVD指出，gcc对f()没有任何成本信息。即使它可以像对((const)) f一样优化掉调用((pure)) f()，也许它没有这样做是因为它不知道它比条件分支更昂贵？可能使用基于配置文件的优化会使gcc采取行动吗？

但是，考虑到它在foo2中将对((const)) f()的调用作为条件语句，gcc可能不知道它可以优化掉对((pure))函数的调用？也许它只能对它们进行公共子表达式消除（如果没有写入全局变量），而不能完全从基本块中优化掉？或者当前的优化器只是未能利用好。就像我说的，看起来是一个遗漏的优化bug。