Optimization 锈出环？

我正在做一些非常简单的基准测试来比较C和Rust的性能。我使用了一个函数来添加整数

1+2+…+n

（我可以通过手工计算验证的东西），其中

n=10^10

Rust中的代码如下所示：

fn main() {
  let limit: u64 = 10000000000;
  let mut buf: u64 = 0;
  for u64::range(1, limit) |i| {
    buf = buf + i;
  }
  io::println(buf.to_str());
}

C代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
  unsigned long long buf = 0;
  for(unsigned long long i = 0; i < 10000000000; ++i) {
    buf = buf + i;
  }
  printf("%llu\n", buf);
  return 0;
}

然后，我尝试启用优化标志，再次启用C和Rust：

$ rustc sum.rs -o sum_rust -O
$ time ./sum_rust
13106511847580896768

real        0m0.018s
user        0m0.004s
sys         0m0.012s
$ gcc -Wall -std=c99 sum.c -o sum_c -O9
$ time ./sum_c
13106511847580896768

real        0m16.779s
user        0m16.725s
sys         0m0.008s

这些结果令我惊讶。我确实希望优化会有一些效果，但是优化的Rust版本快了100000倍：）

我尝试更改

n

（唯一的限制是

u64

，运行时间仍然几乎为零），甚至尝试了一个不同的问题（

1^5+2^5+3^5+…+n^5

），结果类似：使用

rustc-O

编译的可执行文件比不使用该标志时快几个数量级，并且比使用

gcc-O9

编译的相同算法快很多倍

所以我的问题是：发生了什么事我能理解编译器优化

1+2+..+n=（n*n+n）/2

，但我无法想象任何编译器都能推导出

1^5+2^5+3^5+..的公式n^5

。另一方面，据我所知，结果一定是以某种方式计算出来的（而且似乎是正确的）

哦，还有：

$ gcc --version
gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3
$ rustc --version
rustc 0.6 (dba9337 2013-05-10 05:52:48 -0700)
host: i686-unknown-linux-gnu

---

是的，编译器确实使用

1+…+n=n*（n+1）/2

优化以消除循环，对于求和变量的任何幂也有类似的技巧。e、 一般来说，甚至还有一个计算公式

---

您可以使用更复杂的表达式，这样编译器就不会有任何技巧来删除循环。e、 g

fn main() {
  let limit: u64 = 1000000000;
  let mut buf: u64 = 0;
  for u64::range(1, limit) |i| {
    buf += i + i ^ (i*i);
  }
  io::println(buf.to_str());
}

及

及

---

分别（两个编译器都使用

-O

）

仅仅是一个数据点，clang将

movabsq$-5340232262128654848，%rsi

用于简单求和，而

movabsq$166735283405484844，%rsi

用于

i*i*i

，因此消除循环的锈蚀并没有那么特别（我有点惊讶gcc没有）。谢谢，我低估了编译器：）。但是为什么LLVM包含这样一个特殊的优化呢？

fn main() {
  let limit: u64 = 1000000000;
  let mut buf: u64 = 0;
  for u64::range(1, limit) |i| {
    buf += i + i ^ (i*i);
  }
  io::println(buf.to_str());
}

#include <stdio.h>
int main()
{
  unsigned long long buf = 0;
  for(unsigned long long i = 0; i < 1000000000; ++i) {
    buf += i + i ^ (i * i);
  }
  printf("%llu\n", buf);
  return 0;
}

real    0m0.700s
user    0m0.692s
sys     0m0.004s

real    0m0.698s
user    0m0.692s
sys     0m0.000s