为什么 clang 和 gcc 不能优化这种 int-to-float 转换？

Question

考虑以下代码：

void foo(float* __restrict__ a)
{
    int i; float val;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        val = 2 * i;
        a[i] = val;
    }
}

void bar(float* __restrict__ a)
{
    int i; float val = 0.0;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        a[i] = val;
        val += 2.0;
    }
}

它们基于 Agner Fog 的 Optimizing software in C++ 中的示例 7.26a 和 7.26b，并且应该做同样的事情； bar 更“高效”，因为我们不会在每次迭代时进行整数到浮点数的转换，而是更便宜的浮点数加法（在 x86_64 上）。

Here 是这两个函数的 clang 和 gcc 结果（没有矢量化和展开）。

问题：在我看来，用添加一个常数值替换循环索引的乘法的优化 - 当这是有益的 - 应该由编译器执行，即使（或者特别是如果）有一个涉及类型转换。为什么这两个函数没有发生这种情况？

注意，如果我们使用int而不是float：

void foo(int* __restrict__ a)
{
    int i; int val = 0;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        val = 2 * i;
        a[i] = val;
    }
}

void bar(int* __restrict__ a)
{
    int i; int val = 0;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        a[i] = val;
        val += 2;
    }
}

clang 和 gcc 都执行预期的优化，尽管方式不完全相同（请参阅 this question）。

Answer 1

您正在寻找为浮点数启用induction variable optimization。这种优化在浮点领域通常是不安全的，因为它改变了程序语义。在您的示例中，它会起作用，因为初始值 (0.0) 和步长 (2.0) 都可以用 IEEE 格式精确表示，但这在实践中很少见。

它可以在 -ffast-math 下启用，但似乎这在 GCC 中并不重要，因为它在早期就拒绝了非整数归纳变量（请参阅 tree-scalar-evolution.c）。

如果您认为这是一个重要的用例，您可以考虑通过 GCC Bugzilla 提交请求。