ARM GCC 在优化期间删除所需的代码

Question

我有以下代码，它可以从 16bpp 图像到 1bpp 图像进行非常基本的转换，代码按预期运行，直到我启用编译器优化，此时我只得到一个黑色图像。

#define RSCALE 5014709
#define GSCALE 9848225
#define BSCALE 1912602

uint16_t _convertBufferTo1bit(uint8_t* buffer, uint16_t size)
{
    uint8_t* dst_ptr = buffer;
    uint8_t* end_ptr = buffer + size;
    uint16_t pos = 0;
    uint8_t r, g, b, i;
    uint32_t lum;

    while(buffer < end_ptr)
    {
        for(i = 8; i > 0; i--)
        {
            r = (*buffer & 0xF8);
            g = ((*buffer & 0x07) << 5);
            buffer += 1;
            g |= (*buffer & 0x03);
            b = ((*buffer & 0x1F) << 3);
            buffer += 1;

            lum = ((RSCALE * r) + (GSCALE * g) + (BSCALE * b));
            if(lum > 0x7FFFFFFF)
            {
                //White
                dst_ptr[pos] |= (1 << (i-1));
            }
            else
            {
                //black
                dst_ptr[pos] &= ~(1 << (i-1));
            }
        }
        pos++;
    }

    return pos;
}

查看反编译的程序集时，我可以看到if(lum > 0x7FFFFFFF) 语句和所有相关计算已被编译器删除。有人可以帮我理解为什么吗？

-O0 -std=c++17 -Wall -Wextra

https://godbolt.org/z/GhPezzh33

-O1 -std=c++17 -Wall -Wextra

https://godbolt.org/z/bn1M4319h

Answer 1

在这段代码中：

lum = ((RSCALE * r) + (GSCALE * g) + (BSCALE * b));
if(lum > 0x7FFFFFFF)

RSCALE、GSCALE 和 BSCALE 分别是 5014709、9848225 和 1912602。假设 int 在使用的​​ C 实现中是 32 位，这些都是 int 常量。

r、g 和 b 都是 uint8_t 类型，因此在乘法中它们被提升为 int。

那么((RSCALE * r) + (GSCALE * g) + (BSCALE * b)) 是一个完全使用int 操作数产生int 结果的计算。因此编译器可以看到lum 被分配了int 结果的值，并且它有权假设结果在INT_MIN 到INT_MAX 的范围内。此外，它可以看到所有操作数都是非负数，因此不可能出现负数结果，从而将可能的范围缩小到0 到INT_MAX。这排除了将负值分配给 uint32_t 将导致换行到高值的可能性。所以编译器可能会假设lum > 0x7FFFFFFF 永远不会是真的。

计算可能会溢出int，然后行为未定义，仍然允许编译器使用假设。

要更正此问题，请将每个乘法的至少一个操作数更改为 unsigned。