了解 GCC 对 UB n = ++n + ++n 的未优化程序集 - 为什么在移位之前增加两次？

Question

我知道这是未定义的行为，实际上没有人编写这样的代码。不过我很好奇编译器会对这段代码做什么。

int n = 3;
n = ++n + ++n;

我同时使用 clang 和 gcc 进行编译以进行比较。 没有优化。这是从 clang 生成的程序集：

# clang -O0
movl    $3, -4(%rbp)
movl    -4(%rbp), %ecx
addl    $1, %ecx
movl    %ecx, -4(%rbp)
movl    -4(%rbp), %edx
addl    $1, %edx
movl    %edx, -4(%rbp)
addl    %edx, %ecx
movl    %ecx, -4(%rbp)

它将3复制到一个寄存器中，递增它，然后再次复制这个递增的值并再次递增它，然后将(3+1) + (3+1+1)相加。这看起来很简单。

但是，我无法理解 GCC 正在做什么。这是生成的程序集：

# gcc -O0
movl    $3, -4(%rbp)
addl    $1, -4(%rbp)
addl    $1, -4(%rbp)
sall    -4(%rbp)

据我了解，它递增两次，然后左移一次（sall），即乘以 2。

我认为它注意到++n 在操作数的两边是相同的，所以它把它当作公因数。但是在那种情况下，为什么它会增加两次？

Clang 的版本给出了9，GCC 给出了10。 （考虑到 UB，任何结果都是可以接受的，但这证实了编译器内部逻辑的最终结果实际上是不同的。）

谁能解释一下 GCC 在这里试图完成什么？

Answer 1

一元++ 运算符表示它的操作数在计算之前要递增。 Clang 会这样解释您的表达式：

n = n + 1
tmp1 = n
n = n + 1
tmp2 = n
n = tmp1 + tmp2

而 GCC 会做这样的事情，在下降到表达式之前处理预增量：

n = n + 1
n = n + 1
tmp1 = n
tmp2 = n
n = tmp1 + tmp2

然后，意识到+ 的两个操作数是相同的表达式，它会执行强度降低产生

n = n + 1
n = n + 1
n = n << 1

尽管缺少优化标志，但很可能会执行这种强度降低，因为已知 GCC 会在优化标志影响结果之前的编译过程的早期执行某些强度降低。

但请注意，结果可能会因编译器选项的不同而有所不同。