使用 GCC 编译器了解 ARM 平台上 C 代码的优化答案

【问题标题】：Understanding the Optimization of C code on ARM platform using GCC Compiler使用 GCC 编译器了解 ARM 平台上 C 代码的优化
【发布时间】：2023-03-18 17:55:01
【问题描述】：

我在 ARM 上进行 c 编程，其中内存占用和速度都有非常严格的限制。我正在使用 GSL-2.1 库，它几乎所有的功能都是双倍的，但我的硬件在硬件上没有浮点，所以它都是在软件中完成的。因此，它会产生额外的代码大小并降低执行速度。我的处理器有 180KB SRAM 和 1MB 闪存。现在我想提高速度和内存占用，所以我查看了 IDE 编译器设置并获得了以下设置。

我已阅读 some thread 关于 GCC 优化级别的内容，但这里还有一些我不太了解的设置。您能否详细说明针对 ARM Cortex-M 处理器的 GCC 的每个设置。

更新：我随机选中/取消选中了一些框，但代码大小没有任何差异。

【问题讨论】：

问题是什么？您应该决定准备在速度和大小之间进行权衡。你不能同时拥有两者。
当您显然只是在谈论 C 时，为什么要标记为 C++？
还有一些用 c++ 编写的附加文件。
研究“数据驱动设计”和“数据缓存优化”。一个简单的技巧是将内容声明为“静态常量”，以便编译器可以直接访问数据，而不是制作本地副本。
在我的一个嵌入式系统上，我们使用了 4096 的定点分母（由于 ADC 计数）。这就是“内部代表”。固定点将在输出到用户或从用户输入期间转换。我们的 ARM7 喜欢完整的数据指令。我还将数据移动到一个结构中以获得更好的数据缓存行并加快速度。

标签： c gcc optimization

【解决方案1】：

当使用 gcc 为嵌入式系统编写代码时，重要的是要注意，与许多允许存储的嵌入式系统编译器不同，可以将存储作为一种类型编写并作为另一种类型读取，并且将以至少某种可预测的方式处理整数溢出，除非使用-fno-strict-aliasing 和-fwrapv 标志编译，否则在使用gcc 编译时，依赖于此类行为的代码很容易中断。例如，虽然 C 标准的作者会期望函数

// Assume usmall is an unsigned value half the size of unsigned int
unsigned multiply(usmall x, usmall y) { return x*y; }

在二进制补码硬件平台上应该是安全的，溢出时无声回绕，他们不要求编译器以这种方式实现它（我想他们可能没想到任何正在写作的人除非模拟其他平台，否则这种平台的编译器会很迟钝，否则会这样做）。但是，当使用 gcc 编译时，该函数可能会产生意想不到的副作用。

同样，在许多编译器上，例如

struct widget_header {uint16_t length; uint8_t type_id;};
struct acme_widget {uint16_t length; uint8_t type_id; uint8_t dat[5];};
struct beta_widget {uint16_t length; uint8_t type_id; uint32_t foo;};

指向任何这些类型的指针可以转换为widget_header；代码然后可以查看 type_id 字段并转换为更具体的类型。然而，这样的技术并不总是适用于 gcc；即使是工会包含所有三种类型的声明都在范围内，gcc 将假定对其中一种类型的字段的访问不可能修改任何其他的相应字段。

一个更具体的例子来展示 gcc 如何处理别名：

    struct s1 { int x; };
    struct s2 { int x; };
    union { struct s1 v1; struct s2 v2; } u;

    static int peek(void *p)
    {
      struct s1 *p1 = (struct s1*)p;
      return *(int*)&p1->x;
    }

    static void setToFive(void *p)
    {
      struct s2 *p2 = (struct s2*)p;
      *(int*)(&p2->x) = 5;
    }

    static int test1a(void *p, void *q)
    {
      struct s1 *p1 = (struct s1*)p;
      if (peek(p)!=23) return 0;
      setToFive(q);
      return peek(p);
    }

    int test1(void)
    {
      struct s2 v2 = {23};
      u.v2 = v2;
      return test1a(&u.v1, &u.v2);
    }

ARM gcc 4.8.2 生成

test1:
        movw    r3, #:lower16:u
        movt    r3, #:upper16:u
        movs    r2, #5
        movs    r0, #23
        str     r2, [r3]
        bx      lr

将 5 存储到“u”中，然后返回 23（假设第二次调用 peek 将返回与第一次相同的值，尽管所有指针类型转换都应该为编译器，某些东西可能在某处有别名）。

【讨论】：