优化器：优化内联汇编答案

【问题标题】：Optimizer: optimize inline assembly优化器：优化内联汇编
【发布时间】：2016-11-13 19:39:25
【问题描述】：

我听说过几次编译器不会优化内联汇编，或者内联汇编对它来说是一个黑盒。我很怀疑，因为我没有看到任何编译器失败的情况，所以我不在乎。

但是今天我在 GCC wiki 上发现了一个名为 DontUseInlineAsm 的页面。它包含人们之前告诉我的相同问题，但没有详细说明为什么编译器无法理解内联汇编，因此不会对其进行优化。那么，有谁知道编译器不进行这些优化的原因？

当然，我会把特殊情况放在一边

asm volatile("" : : "g"(value) : "memory"); 或
asm volatile("" : : : "memory");

当我们明确告诉编译器这段代码有可见的副作用，因此不应该优化它时。

【问题讨论】：

优化代码本身和“优化掉”（即删除）是两件不同的事情，不确定你问的是哪一个。
@jester，是的，我明白其中的区别。只是想指出，我理解在某些情况下编译器无法使用内联汇编做任何事情
典型的过程是将编译器设置为最大优化并编译函数。你打印出函数的汇编语言列表。使用它作为您的汇编代码的基础；优化编译器生成的程序集。

标签： c++ assembly optimization

【解决方案1】：

您的问题似乎基于错误的假设，即编译器首先生成程序集，然后，如果您想要优化输出，那么它会读取它生成的程序集，对其进行优化，然后将其写回。如果是这样的话，那么阅读和优化你的内联汇编应该没什么大不了的，对吧？

编译器不会优化您的内联程序集，因为编译器根本不会优化任何程序集。编译器无法在所需的级别上理解汇编，以便对其进行优化。这不关它的事。

编译器通过对其内部数据结构（解析树、p 代码等中间语言等）进行特殊技巧来生成优化的机器代码，这些数据结构。

如果涉及程序集生成步骤，则它是只写步骤，这意味着编译器将为您生成此程序集，但绝不会尝试读取它。这就是装配工的工作。而且我从未听说过优化汇编器。

因此，可以假设没有编译器会尝试优化任何人的内联汇编。

_{我不了解你，但坦率地说，如果编译器试图修改我的内联程序集，我会非常恼火。如果我要使用汇编，我会这样做，因为我比编译器更了解（或者我认为我知道）。}

【讨论】：

让我们以rotl（左循环移位）指令为例。在 GCC 中没有内置函数，因为我不想时不时地编写内联汇编，所以我创建了一个函数 CyclicShiftLeft(x, n)。然后我写CyclicShiftLeft(CyclicShiftLeft(x, n), k)（也许这是内联的结果）我希望它会被优化成CyclicShiftLeft(x, n + k)。我认为编译器应该能够进行这样的优化（我没有检查），但要做到这一点，编译器应该能够优化内联汇编。
嗯，是的，除了你不能真正规定编译器应该能做什么，除非你是一家生产编译器的公司的开发主管。编译器永远不会优化内联汇编，因此您永远不会实现示例所需的这种相当简单的优化。另一方面，如果 GCC 足够聪明，那么它可能能够检测到通过移位和掩码模拟 ROTL 的 C 指令序列实际上正在尝试执行 ROTL，并将它们替换为实际的 ROTL 指令。你试过吗？
对，所以我预测正确。我现在对此有一种舒服的感觉。 C-:= 好吧，正如我所说，编译器不会做诸如“用它的内部字节码替换程序集”之类的事情。将汇编转换为除机器代码之外的任何东西是一项极其艰巨的任务，我怀疑是否有任何工具可以在这方面取得成功。所以，如果你觉得自己能胜任，那就让自己获得博士学位。而在你面前只有名誉和荣耀。
@KostyaBazhanov：迈克是对的。编译器将 C 或 C++ 转换为代码功能的内部表示，并对其进行优化。二进制到二进制优化是一项艰巨的任务，因为可用的信息要少得多。例如在 C 中，编译器知道函数末尾的临时寄存器中的值无关紧要，只有返回值。在修改函数代码时，asm to asm 优化器必须确定在 EDX 中保留不同的值是否可行。
@KostyaBazhanov：存在二进制到二进制优化器，但很少使用（而且 gcc 不是这样工作的）。 This question 就是这样（但答案并不是我真正想要的。我还没有找到任何关于二进制重新编译的具体提及。IIRC，@Ira Baxter 已经发布了这个，甚至开发了这样的工具） .基本上，您对编译器如何工作的心智模型是错误的，这就是为什么您认为它们很容易优化内联汇编。所以你的问题是有道理的，但这就是答案。

【解决方案2】：

编译器不会优化内联汇编，因为那会破坏目的。当程序员认为他们比编译器更了解时，使用内联汇编，或者程序员认为他们可以生成更好的代码，或者编译器无法生成他们想要的代码。在前一种情况下，程序员自己优化汇编代码，如果编译器在优化等效的 C 代码方面做得不够好，那么它就不可能改进汇编代码。在后一种情况下，没有等效的 C 代码，内联汇编正在使用编译器无法生成的指令或其他汇编功能。在这种情况下，它也不太可能理解这些指令实际上做了什么来优化代码。

没有编译器能够将内联汇编转换为其内部“字节码”，正如您在评论中所建议的那样。 GCC 将内联汇编视为字符串以粘贴到它的汇编输出中。它完全不了解字符串中的代码。 Clang 通常不会生成汇编作为输出，因此它有一个内置的汇编器，但它也并不真正理解汇编代码。它只是将其翻译成机器代码，然后插入到目标文件输出中。微软的编译器是另一种通常不会生成汇编代码输出的编译器，它实际上对汇编有所了解，但只是程度有限。它只了解代码使用的寄存器之类的东西，因此编译器会执行诸如保留内联汇编使用的寄存器之类的事情。它不知道汇编代码实际上做了什么。

如果您希望编译器优化您的代码，请不要使用内联汇编。即使不是直接对应于您想要的汇编代码的语言功能，编译器也可能无论如何都能够生成它，就像 Mike Nakis 在关于 ROTL 的评论中建议的那样。您还可以使用内在函数、扩展语言并对应各种汇编指令的函数，编译器能够在许多情况下对其进行优化。

【讨论】：