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c++ - GCC 优化基于固定范围的 for 循环，就好像它有更长的可变长度一样

coder 2023-05-03 原文

我有一组 POD 结构，并试图对一个字段求​​和。这是一个最小的例子:

struct Item
{
    int x = 0;
    int y = 0;
};

typedef Item Items[2];

struct ItemArray
{
    Items items;

    int sum_x1() const;
    int sum_x2() const;
};

int ItemArray::sum_x1() const
{
    int total = 0;
    for (unsigned ii = 0; ii < 2; ++ii)
    {
        total += items[ii].x;
    }
    return total;
}

int ItemArray::sum_x2() const
{
    int total = 0;
    for (const Item& item : items)
    {
        total += item.x;
    }
    return total;
}

这两个 sum 函数做同样的事情。 Clang 以相同的方式编译它们。但是 x86_64 上带有 -O3 的 GCC 6 没有。这是 sum_x1()，看起来不错:

  mov eax, DWORD PTR [rdi+8]
  add eax, DWORD PTR [rdi]
  ret

现在看sum_x2():

  lea rdx, [rdi+16]
  lea rcx, [rdi+8]
  xor eax, eax
  add eax, DWORD PTR [rdi]
  cmp rdx, rcx
  je .L12
  lea rcx, [rdi+16]
  add eax, DWORD PTR [rdi+8]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+24]
  add eax, DWORD PTR [rdi+16]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+32]
  add eax, DWORD PTR [rdi+24]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+40]
  add eax, DWORD PTR [rdi+32]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+48]
  add eax, DWORD PTR [rdi+40]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+56]
  add eax, DWORD PTR [rdi+48]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+64]
  add eax, DWORD PTR [rdi+56]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  lea rcx, [rdi+72]
  add eax, DWORD PTR [rdi+64]
  cmp rdx, rcx
  je .L2
  add eax, DWORD PTR [rdi+72]
  ret
.L2:
  rep ret
.L12:
  rep ret

当循环长度固定为 2 时，为什么 GCC 会发出一个长度不超过 10 的展开循环？它只在成员函数中执行此操作——使 sum_x2 成为一个免费函数来修复它。

ICC 还非常奇怪地优化了 sum_x2()，尽管生成的代码完全不同。与 GCC 不同，sum_x2() 是成员函数还是自由函数并不重要——两者都是错误的。

我使用的是 GCC 6，但所有版本的 GCC 似乎都存在此代码的问题。添加 -march=haswell 会使情况变得更糟，在大小为 2 的数组中添加最多 15 个元素的迭代。GCC 5 和 7 会生成更复杂的代码，添加 SIMD 指令。

我想确定这个问题的确切原因，以便我可以在我的代码中找到并修复类似的情况。了解在 GCC 6 中触发此行为的原因将非常有帮助。我的代码中有很多基于范围的 for 循环，对于删除它们的前景我并不太兴奋，但如果 GCC 不能生成合理的代码，我将别无选择。

试试看:https://godbolt.org/g/9GK4jy

更多相关的精神错乱:https://godbolt.org/g/BGYggD (最佳代码是 3 条指令；GCC 6 产生 8 条指令；GCC 7 产生 130 条指令)

最佳答案

正如 Richard Biener 在我的 bug report 中所描述的那样，问题似乎是版本 8 之前的 GCC 无法理解类或结构的字段与常规变量一样受到相同的优化(例如常量循环计数)。所以它会发出各种花哨的代码来优化循环未知次数，即使它在编译时已知，在容器是成员变量的情况下。

按照我的理解，这个错误可能会影响相当多的代码——例如在任何地方，成员小数组都是 C++11 基于范围的 for 循环的主题。

感谢 Richard Biener 的及时解决(针对 GCC 8)。

关于c++ - GCC 优化基于固定范围的 for 循环，就好像它有更长的可变长度一样，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/45496987/

可变ampcoderdircxc++c++11gccoptimizationicc

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