C++ 编译器能否优化多个相同的函数调用

关于SO上的“冗余函数调用”，有很多关于编译器优化的问题和很好的答案（我不会发布链接），但是，我在SO上的多个相同函数调用上找不到任何东西

假设我有这样一个代码片段：

void fairlyComplexFunction(const double &angle)
{
    //do stuff and call "sin(angle)" very often in here
}

调用

sin（angle）

是一个相当昂贵的操作，因为

angle

是

fairlyComplexFunction

范围内的常量，每次调用sine都会得到相同的结果，因此只调用一次是更好的方法：

void fairlyComplexFunction(const double &angle)
{
    const double sineOfAngle = sin(angle);
    //do stuff and use sineOfAngle very often in here
}

---

编译器在任何方面都能检测到这样的东西并对我进行优化吗？或者第二个例子是更好的方法吗？

如果它能证明

sin

没有任何副作用，它可以对它进行优化

---

但即使可以，您的第二个版本也向读者和您自己清楚地表明，所有代码都应该使用相同的值，并且没有一个使用是bug；错误和不确定性的空间更小。

正如注释中所述，如果编译器能够检测到调用的函数是纯函数（没有副作用，没有i/o，…），那么它可能能够优化这些东西

使用g++的一个小示例（）：

#include <cmath>

extern double g (double);

template <double (*F) (double)>
double f1 (double angle) {
  double x = 3 * F(angle) + F(angle);
  double y = F(angle) + F(angle) * F(angle);
  return x + y * F(angle);
}

template double f1<sin> (double);
template double f1<g> (double);

您可以看到，在使用

sin

的实例化中，g++只执行一个函数调用（

callsin

），而在使用

g

的实例化中，您有6个调用

因此，是，编译器可能会对pure函数的多个调用进行一些优化，但我不会依赖它**并使用第二个示例中的显式中间变量

*我删除了大部分生成的指令，但显示了所有

call

指令

---

**

clang

即使使用

-O3

（但它使用

-ffast math

）也不会优化此功能。

自己编译并查看输出？@KerrekSB首先，我真的不太擅长查看和理解汇编语言。另外，当我编译它时，它不工作，这并不意味着其他编译器可能无法完成。原则上，如果编译器可以确保所讨论的函数是纯函数（没有副作用，影响其输出的唯一因素是其输入），那么它就可以轻松地消除多个调用。然而，证明C++中的函数是纯的并不总是简单或容易的。@ yZt在这种情况下，Sin（x）确实是纯函数，所以我猜想它可以“原理工作”。@ Pel13131：不仅是纯函数，而且是实现提供的函数。这不仅仅是一个“原则上可以工作”，我真的希望如此。我甚至希望对

sin（x）

和

cos（x）

的调用被合并，即使它们不是相同的函数（！）非常感谢，这是一个非常彻底的回答。我觉得有趣的是，这不是用-O3优化的，但你需要-F的数学，因为这应该是多余的。此外，用户“必须知道这一点”并可能最终得到未完全优化的代码也是一件棘手的事情…@phil13131：从理论上讲，两次调用之间的舍入模式可能会改变，这将使函数实际上不纯净。使用

-ffast math

编译器可以忽略舍入模式的更改。

double f1<&sin>(double):
        subq    $8, %rsp
        call    sin
        ...
        ret

double f1<&(g(double))>(double):
        subq    $40, %rsp
        movsd   %xmm0, (%rsp)
        call    g(double)
        movsd   %xmm0, 8(%rsp)
        movsd   (%rsp), %xmm0
        call    g(double)
        movsd   8(%rsp), %xmm1
        mulsd   .LC0(%rip), %xmm1
        ...
        call    g(double)
        movsd   %xmm0, 16(%rsp)
        movsd   (%rsp), %xmm0
        call    g(double)
        movsd   %xmm0, 24(%rsp)
        movsd   (%rsp), %xmm0
        call    g(double)
        mulsd   24(%rsp), %xmm0
        movsd   16(%rsp), %xmm2
        ...
        call    g(double)
        mulsd   16(%rsp), %xmm0
        addsd   8(%rsp), %xmm0
        ...