使用-O2可缩短气泡排序C程序的时间

在linux shell上，使用gcc sort-o sort.c，然后使用time./sort>>out。 这里，如果我使用gcc-o2-sort-o-sort.c和类似的o3和o4，那么时间会不断减少。优化选项是如何工作的？请解释所有实时、用户时间和系统时间

PS：代码可能有点低效。请忽略这一点。

-O代表优化，其中gcc将自动采取必要的步骤来优化您的程序。您可以在此处阅读有关GCC优化程序所采取的具体步骤的更多信息：

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但本质上，-O2比-O1更优化，-O3比-O2更优化。这可能会带来编译二进制大小方面的缺点，即生成的二进制文件可能会占用更多空间，但运行速度更快，反之亦然。实际上，您可以将代码粘贴到中，并在-O1或下拉列表旁边的任何优化选项中写入以选择编译器，godbolt将向您展示生成的代码的外观。您将能够看到O1和O2之间的差异，即O2生成的代码可能较短，并且将使用许多快捷方式来执行您的算法。

编译器标记控制您希望编译器执行的编译器优化量。简言之，构建项目需要更长的时间，但生成的可执行文件应该更快。有关详细信息，请在命令提示符或gcc-c-Q-O3-help=optimizers中键入man gcc，以获取有关为特定标志执行的优化的特定信息。

gcc提供了许多优化标志。您可以在这里看到每个人具体做了什么：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

void sort();

int main() {
    int i;
    for (i = 0; i < 100000; i++) {
        sort();
    }
}

void sort() {
    int i, j, k, array[100], l = 99, m;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        array[i] = rand() % 1000 + 1;
    }
    for (k = 0; k < 99; k++) {
        for (j = 0; j < l; j++) {
            if (array[j + 1] > array[j]) {
                int temp = array[j];
                array[j] = array[j + 1];
                array[j + 1] = temp;
            }
        }
        l--;
    }
    for (m = 0; m < 100; m++) {
        printf("%d ", array[m]);
    }
}

优化总是有一个折衷办法，要么增加编译时间，要么增加内存使用，等等

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-o2标志启用了几十种优化，因此可能无法立即确定哪些特定优化会影响排序。代替-o2，您可以单独尝试每个优化，例如使用-falign loops标志，以查看这是否是提供性能提高的优化。

优化选项在读取源代码和将二进制指令写入CPU之间起作用

GCC是一个多阶段编译器，其中阶段大致包括：

从输入文本创建标记。 将这些标记排列成抽象语法树结构。 修剪抽象语法树。 创建基于寄存器的指令，假设CPU寄存器数量无限。 将寄存器映射到实际可用的寄存器。 以加载程序预期的格式写入二进制信息。 优化可能会影响许多位置，通常在上述步骤3到5中它们会变为活动状态。有许多优化，包括：

常量折叠–预先计算常量子表达式。 强度降低–用更快的等效物取代缓慢的操作。 空序列–删除无用的操作。 组合操作–将多个操作替换为一个等效操作。 代数定律–使用代数定律简化或重新排序指令。 特殊情况指令–使用为特殊操作数情况设计的指令。 地址模式操作–使用地址模式简化代码。 循环展开-使用等效指令替换循环 部分循环展开-在保留整体功能的同时减少循环的计算次数。 请注意，这些不是可能执行的所有优化，但它开始给您一个想法

例如，如果编译器看到

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html

这些指令对我们人类来说可能更冗长，但CPU命令可能更小，因为不需要查找现在已擦除的s值，也不需要向其添加一个，或将新更新的值存储回RAM

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GCC将优化分为不同的类别，从安全到风险-氧气是速度和安全之间的一个很好的折衷方案。更高的-O数风险更大。

是否注意到-O2、-O3和-O4优化选项的大写字母O？那么你不认为时间会减少吗？我不确定我是否理解这个问题。我认为您没有使用gcc sort-o sort.c，因为这会试图将sort编译为源代码，并将二进制文件写入sort.c。我认为您输入了gcc sort.c-o sort？换句话说：在执行时间方面，越少越好。@lower抱歉，问题是-o2，-o3 work-o2如何告诉编译器将其输出写入名为2的文件-O2支持优化。它们是完全不同的选择；因为gcc的选项区分大小写。另外，如果您真的在使用-o sort.c，那么您正在删除源文件。请更新您的问题，明确您实际使用的是哪一个；复制并粘贴精确的shell命令。避免命名变量l，因为它看起来太类似于1，尤其是程序员编辑器中使用的固定字体。主要GCC前端没有抽象语法树

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从某种意义上说，for语句有一个树节点，或者if语句有一个树节点。@FlorianWeimer GCC有一个AST，不确定它是否是前端的一部分，但您可以通过GCC-fdump tree vcg-g test访问它。请注意，AST是用于GCC的，而不是用于正在解析的语言，所以我同意没有C if节点和Java if节点。而是AST驱动了他们的后端进程。我希望这能澄清一点，在我的表达中，我认为这是错误的理解。干杯-fdump树vcg用于转储CFG，它不是AST。C和C++前端都会向GOTOS控制较低的控制流结构。没有任何东西与原始语法非常相似。@FlorianWeimer我没有创建GCC，但我已经阅读了很多它的设计。是的，GCC中的AST不是特定于语言的AST，但我从未声称它是。它是一个AST，其设计使得单个后端可以处理各种语言前端。如果您曾经在汇编中编程，goto在JMP相关指令中有一个模拟，这是在汇编中通常执行选择性流控制的方式。您的上一个示例是否生成过类似puts3\n4\n5的代码？

int s = 3;
while (s < 6) {
   printf("%d\n", s);
   s++;
}

printf("%d\n", 3);
printf("%d\n", 4);
printf("%d\n", 5);