为什么编译器优化不会为 1..N 的整数和生成循环？

Question

为了更好地理解编译器，尤其是汇编语言，我一直在试验一段简单的代码，其中计算了第一个 N 数字的总和，结果应该是 N(N+1)/2 或 N(N-1)/2。

如代码所示，有两个功能：

#include <cstdint>


// Once compiled with optimization, the generated assembly has a loop

uint64_t sum1( uint64_t n ) {  
    uint64_t sum = 0;
    for ( uint64_t j=0; j<=n; ++j ) {
        sum += j;
    }
    return sum;
}

// Once compiled with optimization, the generated assembly of the following has no loop

uint64_t sum2( uint64_t n ) {  
    uint64_t sum = 0;
    for ( uint64_t j=0; j<n; ++j ) {
        sum += j;
    }
    return sum;
}

在第一个函数中，我从 O 循环到 N，即j<=n，在第二个函数中，我从 O 到 N-1，即j<n。

我的理解/观察：

• 对于第一个函数sum1，生成的程序集有一个循环，而对于第二个函数sum2，程序集没有循环。但是，一旦我删除了编译器优化，即-O3，那么你终于可以看到汇编中第二个函数的循环了。

• 要查看编译器优化后生成的程序集，请参阅Optimized。

• 要查看未经编译器优化的生成程序集，请参阅此non-optimized。

• 编译器是 x86-64 clang

问题：为什么编译器优化不显示程序集中的另一个循环？

Answer 1

这是因为你的编译器非常非常聪明，它知道从 0 到 n 的所有值的总和可以用一个简单的数学公式来计算，而不是循环。

但是，您的 C++ 编译器还发现这个数学公式不能在 <= 版本中使用，因为对于某些输入值会触发一个导致无限循环的错误，所以所有的赌注都被取消了，编译器编译代码与给出的完全相同。