为什么clang使用-O0（对于这个简单的浮点和）生成低效的asm？

我正在llvm clang Apple llvm 8.0.0版（clang-800.0.42.1）上反汇编此代码：

我使用no-O规范进行编译，但我也尝试使用-O0（给出相同的结果）和-O2（实际计算值并存储预计算的值）

由此产生的拆卸如下（我拆下了不相关的零件）

->0x10000F30:pushq%rbp
0x10000F31:movq%rsp，%rbp
0x10000F34:subq$0x10，%rsp
0x10000F38:leaq 0x6d（%rip），%rdi
0x10000F3F:movss 0x5d（%rip），%xmm0
0x10000F47:MOVS 0x59（%rip），%xmm1
0x10000F4F:movss%xmm1，-0x4（%rbp）
0x10000F54:movss%xmm0，-0x8（%rbp）
0x10000F59:movss-0x4（%rbp），%xmm0
0x100000f5e:地址-0x8（%rbp），%xmm0
0x100000f63:movss%xmm0，-0xc（%rbp）
...

显然，它正在做以下工作：

将两个浮点数加载到寄存器xmm0和xmm1上

把它们放在书堆里

将堆栈中的一个值（不是xmm0之前的值）加载到xmm0

执行添加

将结果存储回堆栈

我发现它效率低下，因为：

一切都可以在注册表中完成。稍后我不会使用a和b，因此它可以跳过涉及堆栈的任何操作

即使它想要使用堆栈，如果它以不同的顺序执行操作，它也可以从堆栈中保存重新加载xmm0

既然编译器总是正确的，为什么它会选择这种策略呢？

-O0

（未优化）是默认值。它告诉编译器您希望它快速编译（短编译时间），而不是花费额外的编译时间来生成高效的代码

（

-O0

实际上并不是没有优化；例如，如果（1==2）{块。尤其是gcc，与大多数其他编译器相比，它仍然会在

-O0

处使用乘法逆进行除法，因为它在最终发出asm之前，仍然会通过逻辑的多个内部表示来转换C源代码。）

另外，“编译器总是正确的”甚至在

-O3

上也是一种夸张。编译器在大规模上非常优秀，但在单循环中，遗漏的小优化仍然很常见。循环中的指令（或UOP）通常影响很小，但被浪费，这会占用无序执行重新排序窗口中的空间，并且在与另一个线程共享内核时，对超线程的友好性会降低。有关在简单特定情况下击败编译器的更多信息，请参阅

---

更重要的是，

-O0

还意味着处理与

volatile

类似的所有变量，以便进行一致的调试。i、 因此，您可以设置断点或单步并修改C变量的值，然后继续执行，并使程序按照您希望在C抽象机上运行的C源代码的方式工作。因此编译器不能进行任何常量传播或值范围简化。（例如，已知为非负的整数可以使用它简化事情，或者使某些if条件始终为真或始终为假。）

（这并不像

volatile

那么糟糕：在一条语句中多次引用同一个变量并不总是导致多次加载；在

-O0

中，编译器仍然会在单个表达式中进行一些优化。）

编译器必须专门针对

-O0

进行反优化，方法是在语句之间存储/重新加载所有变量到它们的内存地址。（C和C++中，每个变量都有一个地址，除非它被声明为（现在过时）<代码>登记器< /Cord>关键字，并且从未有过地址。根据其他变量的IAS规则，优化地址是可能的，但是在<代码> -O0<代码> < < 不幸的是，调试信息格式无法通过寄存器跟踪变量的位置，因此如果没有这种缓慢而愚蠢的代码生成，就不可能进行完全一致的调试

如果不需要，可以使用

-Og

进行编译以进行轻度优化，而无需进行一致调试所需的反优化。GCC手册建议在通常的编辑/编译/运行周期中使用它，但在调试时，您将对许多具有自动存储功能的局部变量进行“优化”。全局变量和函数参数通常仍然有它们的实际值，至少在函数边界上是这样

---

更糟糕的是，

-O0

使得即使使用GDB的

jump

命令在不同的源代码行继续执行，代码仍然可以工作。因此，每个C语句都必须编译成完全独立的指令块。（）

for（）

循环无法转换为，以及其他限制

基于以上所有原因，（微观）基准测试未优化的代码是一种巨大的时间浪费；结果取决于如何编写源代码的愚蠢细节，而这些细节在使用常规优化编译时并不重要

-O0

与

-O3

性能之间没有线性关系；有些代码的速度比其他代码快得多

-O0

代码中的瓶颈通常不同于

-O3

——通常在内存中保存的循环计数器上，从而创建一个~6个循环的循环携带依赖链。这可以在编译器生成的asm中创建有趣的效果，比如（从asm的角度来看，这很有趣，但对于C来说不是。）

“否则我的基准优化了”不是查看

-O0

代码性能的有效理由。 有关调整

-O0

的兔子洞的示例和更多详细信息，请参见

---

获取有趣的编译器输出 如果您想了解编译器如何添加2个变量，write

int main() {
    float a=0.151234;
    float b=0.2;
    float c=a+b;
    printf("%f", c);
}

->  0x100000f30 <+0>:  pushq  %rbp
    0x100000f31 <+1>:  movq   %rsp, %rbp
    0x100000f34 <+4>:  subq   $0x10, %rsp
    0x100000f38 <+8>:  leaq   0x6d(%rip), %rdi       
    0x100000f3f <+15>: movss  0x5d(%rip), %xmm0           
    0x100000f47 <+23>: movss  0x59(%rip), %xmm1        
    0x100000f4f <+31>: movss  %xmm1, -0x4(%rbp)  
    0x100000f54 <+36>: movss  %xmm0, -0x8(%rbp)
    0x100000f59 <+41>: movss  -0x4(%rbp), %xmm0         
    0x100000f5e <+46>: addss  -0x8(%rbp), %xmm0
    0x100000f63 <+51>: movss  %xmm0, -0xc(%rbp)
    ...

float foo(float a, float b) {
    float c=a+b;
    return c;
}

    addss   xmm0, xmm1
    ret

# clang7.0 -O0  also on Godbolt
foo:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp                  # make a traditional stack frame
    movss   DWORD PTR [rbp-20], xmm0  # spill the register args
    movss   DWORD PTR [rbp-24], xmm1  # into the red zone (below RSP)

    movss   xmm0, DWORD PTR [rbp-20]  # a
    addss   xmm0, DWORD PTR [rbp-24]  # +b
    movss   DWORD PTR [rbp-4], xmm0   # store c

    movss   xmm0, DWORD PTR [rbp-4]   # return 0
    pop     rbp                       # epilogue
    ret