重用变量对指令级并行性和 OoO 执行不利吗？

Question

我正在研究处理器，引起我注意的一件事是高性能 CPU 能够execute more than one instruction during a clock cycle 甚至execute them out of order 以提高性能。所有这一切都没有编译器的任何帮助。

据我了解，处理器能够通过分析 data dependencies 来确定哪些指令可以先运行/在同一 ILP 并行步骤（问题）中运行。

@edit

我会试着举个例子。想象一下这两段代码：

int myResult;

myResult = myFunc1(); // 1
myResult = myFunc2(); // 2
j = myResult + 3;     // 3

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int myFirstResult, mySecondResult;

myFirstResult = myFunc1();  // 1
mySecondResult = myFunc2(); // 2
j = mySecondResult + 3;     // 3

它们都做同样的事情，不同之处在于第一次我重用了我的变量，而第二次我没有。

我假设（如果我错了，请纠正我）处理器可以在第二个示例的指令 1 之前运行指令 2 和 3，因为数据将存储在两个不同的位置（寄存器？）。

对于第一个示例，这是不可能的，因为如果它在指令 1 之前运行指令 2 和 3，则分配给指令 1 的值将保存在内存中（而不是来自指令 2 的值）。

问题是：

如果我重用变量（如第一个示例），是否有任何策略在 1 之前运行指令 2 和 3？

或者重用变量会阻止指令级并行性和 OoO 执行？

Answer 1

现代微处理器是一种极其精密的设备，其复杂性已经足以让大多数人无法理解其功能的各个方面。您的编译器或运行时引入了一个额外的层，这增加了复杂性。这里只能笼统地说，因为 ARM 处理器 X 可能比 ARM 处理器 Y 处理这个问题，而且两者都不同于 Intel U 或 AMD V。

仔细查看您的代码：

int myResult;

myResult = myFunc1(); // 1
myResult = myFunc2(); // 2
j = myResult + 3;     // 3

int myResult 行不一定在 CPU 方面做任何事情。它只是指示编译器将有一个名为myResult、类型为int 的变量。它还没有初始化，所以还不需要做任何事情。

在第一次赋值时不使用该值。默认情况下，编译器通常会将您的代码直接转换为机器指令，但是当您打开通常用于生产代码的优化时，这种假设就会消失。一个好的编译器会认识到这个值永远不会被使用，并且会忽略赋值。更好的编译器会警告您该值从未使用过。

第二个实际上分配给变量和该变量稍后使用。显然，在第三次分配发生之前，第二次分配必须完成。除非这些函数是微不足道的并且最终内联，否则这里没有太多可以进行的优化。然后就是这些函数的作用了。

“超标量”处理器，或能够无序运行的处理器，其雄心壮志受到限制。它最适合使用的代码类型如下：

int a = 1;
int b = f();
int c = a * 2;
int d = a + 2;

int e = g(b);

a 的分配简单直接。 b 是一个计算值。有趣的是c 和d 具有相同的依赖关系，并且实际上可以并行执行。它们也不依赖于b，因此理论上只要最终状态正确，它们就可以在f() 调用之前、期间或之后运行。

单个线程可以同时执行多个操作，但是大多数处理器对它们的类​​型和数量都有限制。例如，可能会发生浮点乘法和整数加法，或者可能发生两个整数加法，但不会发生两个浮点乘法运算。这取决于CPU有哪些操作，可以操作哪些寄存器，以及编译器是如何提前安排数据的。

如果您希望优化代码并缩短纳秒时间，您需要找到一本非常好的关于您所针对的 CPU 的技术手册，并花费数小时尝试不同的方法和基准测试。

简短的回答是变量无关紧要。一切都与依赖关系、编译器以及 CPU 的功能有关。