为什么 icc 会为一个简单的 main 生成奇怪的程序集？

Question

我有一个简单的program：

int main()
{
    return 2*7;
}

打开优化的 GCC 和 clang 都可以生成 2 条指令二进制文件，但 icc 会给出奇怪的输出。

     push      rbp                                           #2.1
     mov       rbp, rsp                                      #2.1
     and       rsp, -128                                     #2.1
     sub       rsp, 128                                      #2.1
     xor       esi, esi                                      #2.1
     mov       edi, 3                                        #2.1
     call      __intel_new_feature_proc_init                 #2.1
     stmxcsr   DWORD PTR [rsp]                               #2.1
     mov       eax, 14                                       #3.12
     or        DWORD PTR [rsp], 32832                        #2.1
     ldmxcsr   DWORD PTR [rsp]                               #2.1
     mov       rsp, rbp                                      #3.12
     pop       rbp                                           #3.12
     ret

Answer 1

不知道为什么ICC选择将栈对齐2个缓存行：

and       rsp, -128                                     #2.1
sub       rsp, 128                                      #2.1

这很有趣。 L2 缓存有一个相邻行预取器，它喜欢将成对的行（在 128 字节对齐的组中）拉入 L2。但是 main 的栈帧通常不会被大量使用。也许在某些程序中分配了重要的变量。 （这也解释了设置rbp，以保存旧的 RSP，以便它可以在 ANDing 之后返回。gcc 在对齐堆栈的函数中使用 RBP 制作堆栈帧。）

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其余是因为main()比较特殊，ICC默认启用-ffast-math。 （这是英特尔“肮脏”的小秘密之一，它可以自动向量化更多开箱即用的浮点代码。）

这包括在main 的顶部添加代码以设置 MXCSR（SSE 状态/控制寄存器）中的 DAZ / FTZ 位。有关这些位的更多信息，请参阅 Intel 的 x86 手册，但它们实际上并不复杂：

• DAZ：非正规化为零：作为 SSE/AVX 指令的输入，非正规化被视为零。

• FTZ：清零：当对 SSE/AVX 指令的结果进行四舍五入时，不正常的结果会清零。

相关：SSE "denormals are zeros" option

(ISO C++ 禁止程序回调到 main()，因此允许编译器将运行一次的东西放在 main 本身而不是 CRT 启动文件中。gcc/clang 与-ffast-math 指定用于设置 MXCSR 的 CRT 启动文件中的链接链接。但是当使用 gcc/clang 编译时，它只影响代码生成方面允许的优化。即当不同的临时对象时，将 FP add/mul 视为关联意思是真的不是。这与设置DAZ/FTZ完全无关）。

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在这里，非正规被用作次正规的同义词：具有最小指数和有效数字的 FP 值，其中隐式前导位是 0 而不是 1。即幅度小于FLT_MIN or DBL_MIN 的值，最小可表示 标准化浮点/双精度。

https://en.wikipedia.org/wiki/Denormal_number.

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产生非正常结果的指令可能慢得多：为了优化延迟，某些硬件中的快速路径假定结果是标准化的，如果结果无法标准化，则采用微码辅助。使用perf stat -e fp_assist.any 统计此类事件。

来自 Bruce Dawson 的优秀系列 FP 文章：That’s Not Normal–the Performance of Odd Floats。另外：

• Why does changing 0.1f to 0 slow down performance by 10x?
• Avoiding denormal values in C++

Agner Fog 进行了一些测试（参见他的 microarch pdf），并为 Haswell/Broadwell 报告：

下溢和次正规

当浮点运算接近于 下溢。在某些情况下，处理次正规数的成本很高 情况，因为次正常的结果由微码处理 例外。

Haswell 和 Broadwell 的罚分约为 124 时钟 在对正常数进行运算给出的所有情况下循环 结果不正常。乘法也有类似的惩罚 在正常数和次正常数之间，无论是否 结果正常或不正常。添加一个普通的没有惩罚 和一个次正规数，不管结果如何。没有罚款 用于上溢、下溢、无穷大或非数字结果。

如果“清零”，则可以避免对次正规数的处罚 模式和“denormals-are-zero”模式都在 MXCSR 中设置 注册。

因此，在某些情况下，现代 Intel CPU 即使在次规范的情况下也能避免惩罚，但是