循环中的常量条件：编译器优化

Question

Consider the following code:

// Preprocessor
#include <iostream>
#include <vector>

// Internal branching
void f1(std::vector<int>& v, const int x = 0)
{
    for (unsigned int i = 1; i < v.size(); ++i) {
        v[i] = (x != 0) ? (v[i-1]*x) : (v[i-1]+v[i-1]);
    }
}

// External branching
void f2(std::vector<int>& v, const int x = 0)
{
    if (x != 0) {
        for (unsigned int i = 1; i < v.size(); ++i) {
            v[i] = v[i-1]*x;
        }
    } else {
        for (unsigned int i = 1; i < v.size(); ++i) {
            v[i] = v[i-1]+v[i-1];
        }
    }
}

// Main
int main()
{
    std::vector<int> v(10, 2);
    f1(v);
    f2(v);
    return 0;
}

它说明了两个产生相同结果的函数的行为：

- f1：在循环内部测试条件 - f2：在循环外部测试条件

分支基于 const 声明的 x。

我的问题是：当打开所有优化级别时，编译器是否足够智能地将 f1 转换为 f2？

- Vincent

---

对于这段代码，我期望编译器完全消除检查，并仅为 x == 0 构建代码。你肯定可以想出编译器无法做到这一点的情况，但在这种情况下，肯定是可以的。[当然，如果您在特定情况下真的很关心，那么请使用您的编译器和实际代码进行基准测试！] - Mats Petersson

Answer 1

检查编译器是否将条件提升出循环的最佳方法是在进行全优化编译后检查汇编代码。

使用以下命令构建示例：

g++ -O3 -c example.cpp -o example.o
objdump -d -M intel example.o > example.S

这是我对的结果：

00000020 <f1(std::vector<int, std::allocator<int> >&, int)>:
  ; ...
  23:   8b 54 24 10             mov    edx,DWORD PTR [esp+0x10]
  27:   8b 7c 24 14             mov    edi,DWORD PTR [esp+0x14]
  2b:   8b 02                   mov    eax,DWORD PTR [edx]
  2d:   8b 4a 04                mov    ecx,DWORD PTR [edx+0x4]
  30:   29 c1                   sub    ecx,eax
  32:   c1 f9 02                sar    ecx,0x2
  35:   83 f9 01                cmp    ecx,0x1
  38:   76 d                    jbe    57 <f1(std::vector<int, std::allocator<int> >&, int)+0x37>
  3a:   31 db                   xor    ebx,ebx
  3c:   85 ff                   test   edi,edi
  3e:   ba 01 00 00 00          mov    edx,0x1
  43:   75 b                    jne    60 <f1(std::vector<int, std::allocator<int> >&, int)+0x40>
  45:   8b 34 18                mov    esi,DWORD PTR [eax+ebx*1]
  48:   83 c3 04                add    ebx,0x4
  4b:   01 f6                   add    esi,esi
  4d:   89 34 90                mov    DWORD PTR [eax+edx*4],esi
  50:   83 c2 01                add    edx,0x1
  53:   39 d1                   cmp    ecx,edx
  55:   75 ee                   jne    45 <f1(std::vector<int, std::allocator<int> >&, int)+0x25>
  57:   5b                      pop    ebx
  58:   5e                      pop    esi
  59:   5f                      pop    edi
  5a:   c3                      ret    
  5b:   90                      nop
  5c:   8d 74 26 00             lea    esi,[esi+eiz*1+0x0]
  60:   8b 34 18                mov    esi,DWORD PTR [eax+ebx*1]
  63:   83 c3 04                add    ebx,0x4
  66:   0f af f7                imul   esi,edi
  69:   89 34 90                mov    DWORD PTR [eax+edx*4],esi
  6c:   83 c2 01                add    edx,0x1
  6f:   39 ca                   cmp    edx,ecx
  71:   75 ed                   jne    60 <f1(std::vector<int, std::allocator<int> >&, int)+0x40>
  73:   eb e2                   jmp    57 <f1(std::vector<int, std::allocator<int> >&, int)+0x37>

在第三行c处，您会发现正在检查条件：

  ; if(x != 0)
  3c:   85 ff                   test   edi,edi
  43:   75 b                    jne    60 ; ...

从检查点开始，x将不再被测试，循环只是针对每个部分执行。当x == 0时，第一个循环从第45行到55行完成。当x != 0时，第二个循环从第60行到71行完成。

所以，在这种情况下，至少gcc在启用完整优化时能够将条件提升出循环。

- greatwolf

Answer 2

Godbolt页面 告诉我以下内容：

#6，#7 如果循环永远不会进入（size() <= 1），则立即退出。

#8，#9 检查 x 是否不为0，如果为真，则选择一个循环（.L3 + .L6），否则将采取第二个循环（.L5）。

正如您所看到的，进行了两个优化，包括您查询的那个。

- Red XIII