为什么g ++不优化局部数组而是全局？

Question

我有以下两个功能基本相同：

enum Direction{
    N = 0,
    NW,
    W,
    SW,
    S,
    SE,
    E,
    NE,
    TOTAL_DIRS
};

char const * const strings[] = {"N", "NW", "W", "SW", "S", "SE", "E", "NE"};

char const *
getDirString2(unsigned dir) {
    if (TOTAL_DIRS > dir)
        return strings[dir];
    return nullptr;
}

char const *
getDirString3(unsigned dir) {
    char const * const strings[] = {"N", "NW", "W", "SW", "S", "SE", "E", "NE"};
    if (TOTAL_DIRS > dir)
        return strings[dir];
    return nullptr;
}

但是，虽然 g++ 像我期望的那样优化了使用全局数组的函数。它为替代方案创建了更多复杂的代码。 Clang 为两者创建相同的代码，如果我改用 switch 语句，clang 和 c++ 也会创建与 getDirString2 相同的代码。

这里是编译器资源管理器https://godbolt.org/z/GxvrTv的链接

这是我应该为 g++ 提交错误报告还是有充分的理由？

Answer 1

我想你可以称之为错过的优化，尽管这对 gcc 的人来说有点苛刻。

gcc，在编译getDirString3 时，完全按照你的要求去做——在堆栈上构造一个字符串数组，然后只返回其中的一个元素。

另一方面，clang 看到这个数组永远不会改变，而是在静态存储中构造它，请参阅：https://godbolt.org/z/24n-N7

要让 gcc 像 clang 一样生成代码，请将 getDirString3 中的数组声明为 static（这本来是个好主意），请参阅：https://godbolt.org/z/henD2Z

Answer 2

注意：一开始我说这是一个不合格的优化，但是在我和cmets中的Chris Dodd讨论之后，我意识到这是部分错误的。

最新答案：

这是我应该为 g++ 提交错误报告还是有充分的理由？

clang 和 gcc 都可以做同样的优化，但默认情况下它在 gcc 中是禁用的。所以这不是错误，而且是有原因的。

clang 做了什么？

在您的示例中，编译器看到本地数组是常量，因此每次调用函数时都无需在堆栈上构造它。

如何在 gcc 中启用同样的优化？

要在 gcc 中启用相同的优化，请使用标志 -fmerge-all-constants。生成的代码将与 clang 的代码大小几乎相同（参见：https://godbolt.org/z/Ldx_qe）：

getDirString3(unsigned int):
        xor     eax, eax
        cmp     edi, 7
        ja      .L1
        mov     edi, edi
        mov     rax, QWORD PTR strings.2080[0+rdi*8]

为什么在 gcc 中默认禁用它？

来自 gcc 文档website：

-fmerge-all-constants ... C 或 C++ 等语言需要每个变量，包括同一变量的多个实例 递归调用，有不同的位置，所以使用这个选项 导致不合格的行为。

在上面的示例中，优化是安全的并且遵循as-if rule，因为这个本地数组的地址没有被使用或与来自不同调用的地址进行比较。但是，这种优化似乎在某些情况下会导致不一致的行为。您可以检查这些情况：here 和 here。

那么，您应该使用 -fnmerge-all-constants 标志吗？

两个编译器都不检查是否使用了常量的地址，因此我不推荐它。在您的示例中很明显优化是安全的，但是您不能每次都知道编译器将在哪里优化（否则您会自己完成）并且您不能确定它有时不会导致不合规行为。