C++ 解释GCC编译器优化'；什么是不利的绩效影响？

请注意：这个问题既不是关于代码质量和改进代码的方法，也不是关于运行时差异的重要性。这是关于GCC以及为什么哪种编译器优化会影响性能

节目 以下代码统计最多为

m

的斐波那契素数：

intmain（）{
无符号整数m=500000000u；
无符号整数i=0u；
无符号整数a=1u；
无符号整数b=1u；
无符号整数c=1u；
无符号整数计数=0u；
而（a+b我认为这是由编译器在使用
-O1
和
-O2
时生成的“条件移动”指令（CMOVEcc）造成的

使用
-O0
时，如果（c==0u）

语句被编译为跳转：

    cmp     DWORD PTR [rbp-16], 0
    jne     .L4

使用

-O1

和

-O2

：

    test    edx, edx
    cmove   ecx, esi

而

-O3

产生跳转（类似于

-O0

）：

其中“使用条件移动而不是比较和分支会导致代码速度几乎降低2倍”

---

正如rodrigo在他的评论中所建议的那样，如果转换使用标志-fno告诉gcc不要用条件移动替换分支，因此防止了这个性能问题。

我认为问题在于

-fif转换

，它指示编译器执行

CMOV

，而不是

TEST/JZ和
CMOV
在一般情况下不是很好

据我所知，反汇编中有两点受此标志的影响：

首先，将第13行中的if（c==0u）{i=a+b；}

编译为：

test   edx,edx //edx is c
cmove  ecx,esi //esi is (a + b), ecx is i

其次，如果（c！=0u）{count=count+1u；}编译为

cmp    eax,0x1   //eax is c
sbb    r8d,0xffffffff //r8d is count, but what???

很好的技巧！它将

-1

减去

计数

，但使用进位，并且只有

c

小于

1

时才设置进位，无符号意味着

0

。因此，如果

eax

为0，它将-1减去

计数

，然后再次减去1：它不会改变。如果

eax

不改变0，然后减去

-1

，从而增加变量

---

现在，这避免了分支，但代价是错过了明显的优化，如果

c==0u

，您可以在迭代时直接跳到下一个

。这一步非常简单，甚至可以在
-O0
中完成。这里重要的事情是循环携带的数据依赖关系

看看最里面循环的慢速变体的机器代码。我在这里展示了
-O2
程序集，
-O1
的优化程度较低，但总体上具有类似的数据依赖性：

.L4:
        xorl    %edx, %edx
        movl    %esi, %eax
        divl    %ecx
        testl   %edx, %edx
        cmove   %esi, %ecx
        addl    $1, %ecx
        cmpl    %ecx, %esi
        ja      .L4

查看
%ecx
中循环计数器的增量如何取决于上一条指令（cmov

），这又取决于除法结果，而除法结果又取决于循环计数器的上一个值

实际上，在计算跨越整个循环的

%ecx

中的值时存在一个数据依赖链，由于执行循环的时间占主导地位，因此计算该链的时间决定了程序的执行时间

调整程序以计算分割数表明它执行434044698

div

指令。在我的例子中，将程序所占用的机器周期数除以该数字得到26个周期，这与

div

指令的延迟加上另一条指令的大约3或4个周期非常接近链中的离子（链为

div

-

test

-

cmov

-

add

）

相比之下，

-O3

代码没有这种依赖链，因此它是吞吐量范围而不是延迟范围：执行

-O3

变量的时间由计算434044698独立

div

指令的时间决定

最后，为您的问题提供具体答案：

1.哪种优化能够/能够解释性能下降？

正如另一个答案所提到的，这是如果转换创建了一个循环携带的数据依赖项，而最初有一个控制依赖项。当控制依赖项对应于不可预测的分支时，它们可能也很昂贵，但在这种情况下，分支很容易预测

<>＞2。有可能解释什么触发了C++代码的优化（即没有对GCC内部结构的深刻理解）？<强> < /P> 也许您可以想象优化将代码转换为

（i=2u；i{ c=（a+b）%i； i=（c！=0）？i:a+b； } 其中，在CPU上对三值运算符进行求值，从而在计算出

c

之前，不知道

i

的新值

3.类似地，对于为什么备选方案（额外观察）明显阻止恶意优化，是否有一个高层次的解释？

---

在这些变体中，代码不符合if转换的条件，因此没有引入有问题的数据依赖关系。

我认为这可能与

I

中可能存在的溢出有关。请注意，当您想要结束循环时，您执行

I=a+b；

但是增量发生在循环条件之前。如果

a呢+b==MAX_UINT

？如果将

++i

移动到

else

或即使将

i

控制变量添加到循环中，也会恢复丢失的性能。如果转换测试.c返回良好性能，则使用

gcc-O1-fno编译。不知道为什么…检查两个opti的程序集输出正如你们所看到的，ons优化版本生成的CPU指令更少，而这些指令对于当前任务更为优化
.L4:
        xorl    %edx, %edx
        movl    %esi, %eax
        divl    %ecx
        testl   %edx, %edx
        cmove   %esi, %ecx
        addl    $1, %ecx
        cmpl    %ecx, %esi
        ja      .L4