如何使用 GCC 编译器优化创建静态库？

Question

我有一个用 C++ 计算点积的函数。我想用 -O3 编译器优化来编译这个函数。我的代码库中的其余代码是用 -O0 编译的。为此，我创建了一个包含该函数的静态库，并使用 -O3 编译了该库。然后我将库链接到我的代码。但我没有从我的库中得到优化。

test.cpp

#include "config.h"
int multiply(uint128 *X1, uint128 *Y1, uint128 &ans, int input_length)
{
    int i=0;
    ans = 0;
    if (input_length > 4)
    {
        for (; i < input_length - 4; i += 4)
        {
            ans += X1[i] * Y1[i];
            ans += X1[i + 1] * Y1[i + 1];
            ans += X1[i + 2] * Y1[i + 2];
            ans += X1[i + 3] * Y1[i + 3];
        }
    }
    for (; i < input_length; i++)
    {
        ans += X1[i] * Y1[i];
    }    
    return 0;
}
int main()
{
    int len = 500, wrapper = 50;
    uint128 a[len], b[len], ans;
    auto start = time_now, end = time_now;
    long long ctr = 0;
    for(int t = 0; t < wrapper; t++)
    {
        for(int i =0; i < len; i++)
        {
            a[i] = rand();
            b[i] = rand();
        }
        start = time_now;
        multiply(a, b, ans, len);
        end = time_now;
        ctr += std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(end-start).count();
    }
    cout<<"time taken: "<<ctr<<endl;
}

Compilation:
g++ -O3 test.cpp -std=c++11
./a.out
time taken: 1372

optimized.hpp

#ifndef OPTIMIZED_HPP
#define OPTIMIZED_HPP
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef __uint128_t uint128;


int multiply(uint128 *X1, uint128 *Y1, uint128 &ans, int input_length);
#endif

ma​​in.cpp

#include "optimized.hpp"
typedef __uint128_t uint128;

#define time_now std::chrono::high_resolution_clock::now()

int main()
{

    int len = 500, wrapper = 50;
    uint128 a[len], b[len], ans;

    auto start = time_now, end = time_now;
    long long ctr = 0;

    for(int t = 0; t < wrapper; t++)
    {
        for(int i =0; i < len; i++)
        {
            a[i] = rand();
            b[i] = rand();
        }

        start = time_now;
        multiply(a, b, ans, len);
        end = time_now;
        ctr += std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(end-start).count();
    }
    cout<<"time taken: "<<ctr<<endl;

    return 0;
}

Compilation:
(the name of the library file is optimized.cpp)
g++ -O3 -g -std=c++11 -c optimized.cpp
ar rcs libfast.a optimized.o
g++ main.cpp libfast.a -std=c++11 -O3
./a.out 
time taken: 36140

Answer 1

恐怕你在课堂上犯了错误：我优化了我试图计时的功能。我们都做过一次。

您已经优化了test.cpp 程序-O3。编译器观察到程序忽略 multiply 的返回值。它还有multiply的定义到手 并观察到主体没有外部影响，但忽略了返回值（在任何情况下都是常量0）和忽略的参考参数ans。所以这行：

multiply(a, b, ans, len);

也可能是：

(void)0;

然后优化器剔除它。

您可以通过修改程序来纠正此问题，使其使用multiply 的外部效果，这种方式会影响程序的输出，并且不能仅通过知道函数的定义来预测。

但这还不够。 -O3优化时test.cpp 编译器可以看到multiply的定义还是会有 与main.cpp 的相同优化相比，具有主要的信息优势， 其中multiply 只是对黑盒的外部引用。

用-O3 有意义地测量multiply 的速度 使用 -O0 优化对其速度进行优化，您必须衡量 每种情况其他条件相同。所以至少要这样做：

（无意中我的test.cpp是你的main.cpp）

$ g++ -Wall -Wextra -pedantic -c -O0 -o mult_O0.o optimized.cpp
$ g++ -Wall -Wextra -pedantic -c -O3 -o mult_O3.o optimized.cpp
$ g++ -Wall -Wextra -pedantic -c -O3 -o test.o test.cpp
test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:13:13: warning: ISO C++ forbids variable length array ‘a’ [-Wvla]
   13 |     uint128 a[len], b[len], ans;
      |             ^
test.cpp:13:21: warning: ISO C++ forbids variable length array ‘b’ [-Wvla]
   13 |     uint128 a[len], b[len], ans;
      |                     ^

（你可能会关心那些警告）

$ g++ -o tmult_O0 test.o mult_O0.o
$ g++ -o tmult_O3 test.o mult_O3.o
$ ./tmult_O0
time taken: 228461
$ ./tmult_O3
time taken: 99092

这表明-O3 正在做它的事情。

如果你这样做，你不需要确保你在test.cpp中使用multiply的效果，因为现在编译器知道它不能知道它的效果黑匣子multiply(a, b, ans, len) 无法剔除。