GCC 有时不会内联 std::array::operator[]

Question

我有一个复杂的程序，它使用std::array<double, N> 获取较小的 N 值。它使用 operator[] 从这些数组中获取值。

我发现带有 -O2 或 -O3 的 GCC 6.1 不会内联这些调用，导致这些 C++ 数组比它们的 C 等效数组慢。

这是生成的程序集：

340 <std::array<double, 8ul>::operator[](unsigned long) const>:

340:  48 8d 04 f7             lea    (%rdi,%rsi,8),%rax
344:  c3                      retq   
345:  90                      nop
346:  66 2e 0f 1f 84 00 00    nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
34d:  00 00 00 

对于每个大小的数组都会发出完全相同的代码（因为没有边界检查）。

这样一个数组的循环如下所示：

4c0:  e8 7b fe ff ff          callq  340 <std::array<double, 8ul>::operator[](unsigned long) const>
4c5:  be 07 00 00 00          mov    $0x7,%esi
4ca:  4c 89 f7                mov    %r14,%rdi
4cd:  48 89 44 24 78          mov    %rax,0x78(%rsp)

...6 more copies of this...

4d2:  e8 69 fe ff ff          callq  340 <std::array<double, 8ul>::operator[](unsigned long) const>
4d7:  48 89 44 24 70          mov    %rax,0x70(%rsp)
4dc:  31 f6                   xor    %esi,%esi
4de:  4c 89 ef                mov    %r13,%rdi

这显然很糟糕。问题是小型测试程序不会引发这种行为。

所以我的问题是：如何让 GCC 告诉我为什么它不内联这些单指令调用，和/或使其内联？显然不能修改<array>头文件添加__attribute__((inline))。

Answer 1

GCC 5 和 6 的优化器中似乎存在一个错误，当将__attribute__(("unroll-loops")) 与-ffast-math 或相关选项结合使用时会出现该错误。

你可以在这里看到它的实际效果：https://godbolt.org/g/ZBGCDB

如果您使用-O3 -ffast-math 编译，此代码会重现错误：

#include <array>

typedef std::array<double, 2> Array;

void foo(Array& a) __attribute__((optimize("unroll-loops")));

void foo(Array& a)
{
  for (size_t ii = 0; ii < a.size(); ++ii)
    a[ii] = 1.0;
}

如果没有 -ffast-math，或者使用 GCC 4.9、GCC 7 或更高版本或 Clang 编译，它可以按预期工作。