为什么这段代码片段会在 C 和 C++ 中产生截然不同的汇编代码？答案

【问题标题】：Why does this code snippet produce radically different assembly code in C and C++?为什么这段代码片段会在 C 和 C++ 中产生截然不同的汇编代码？
【发布时间】：2018-07-27 23:21:50
【问题描述】：

struct v {
    int val[16];
};

struct v test(struct v a, struct v b) {
    struct v res;

    for (int i = 0; i < 16; i++)
        res.val[i] = a.val[i] + b.val[i];

    return res;
}

编译为 C++，GCC 7.2 发出：

  push r10
  vmovdqu32 zmm0, ZMMWORD PTR [rsp+16]
  mov rax, rdi
  vpaddd zmm0, zmm0, ZMMWORD PTR [rsp+80]
  lea r10, [rsp+16]
  vmovdqu32 ZMMWORD PTR [rdi], zmm0
  pop r10

编译为 C:

  lea r10, [rsp+8]
  and rsp, -64
  mov rax, rdi
  push QWORD PTR [r10-8]
  push rbp
  mov rbp, rsp
  push r10
  vmovdqu32 zmm0, ZMMWORD PTR [r10]
  vpaddd zmm0, zmm0, ZMMWORD PTR [r10+64]
  vmovdqa64 ZMMWORD PTR [rbp-112], zmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-112]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-96]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+16], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-80]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+32], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-64]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+48], xmm0
  pop r10
  pop rbp
  lea rsp, [r10-8]

在 Godbolt 编译器资源管理器上编译为 C 与 C++：

clang x86 asm：https://godbolt.org/g/FfrKTf
gcc x86 asm：https://godbolt.org/g/SZQqqt

相同的代码 sn-p 在 gcc 和 clang 中为 C 和 C++ 生成显着不同的代码：

循环的自动向量化方式不同：gcc 使用未对齐的加载/存储，但 g++ 使用标量直到对齐边界，-march=sandybridge 或任何比 AVX2 更窄的东西。

这不是 x86 特定的：AArch64 SIMD 的自动矢量化也会发生同样的事情。
C 版本实际上将结果存储到堆栈上的本地 res，然后使用 SIMD 副本从那里复制到返回值指针（有时副本的向量宽度与刚刚存储数据的循环的向量宽度不同)。

在禁用自动矢量化 (-fno-tree-vectorize) 后，gcc 仍使用 SIMD 加载/存储来复制结果。

有人知道为什么会这样吗？

是否有一些 C++ 标准中的对齐保证，但 C 标准中没有？这是 ABI 问题吗？还是编译器资源管理器上有一些奇怪的编译选项？

【问题讨论】：

能否复制粘贴问题中的代码和汇编程序？
因为 C++ 有复制省略？试试-fno-elide-constructors。
C 前端与 C++ 前端的 gcc 和 clang 看起来像是错过了优化。它们必须将程序的不同内部表示形式提供给中间端，因此 C 版本会额外复制到堆栈上的本地。 ICC 使用 / 不使用 -xc 进行相同的 asm。
我认为最终这将只是“因为它们是不同的编译器，它们只是在某些方面有所不同，[编译器]代码专注于某些方法而可能以其他方法为代价”
@user902384 ：您一定是新来的，但 Godbolt 是一个备受推崇的领域，并且被问答作者大量使用，尤其是在 C/C++/Assembly 标签中。

标签： c++ c gcc assembly simd

【解决方案1】：

根据编译器转储 C Gimple IR 在堆栈上工作中间对象（然后将其复制到返回值）

$ gcc ../tmp.c -fdump-tree-gimple -O2 -S -std=c99
$ cat tmp.c.004t.gimple
...
    <D.1621>:
    D.1626 = a.val[i];
    D.1627 = b.val[i];
    D.1628 = D.1626 + D.1627;
    res.val[i] = D.1628;
    i = i + 1;
    <D.1622>:
    if (i <= 15) goto <D.1621>; else goto <D.1623>;
    <D.1623>:
  }
  <retval> = res;
  return <retval>;

而 C++ 直接在 retval temp 上运行：

$ g++ ../tmp.c -fdump-tree-gimple -O2 -S
$ cat tmp.c.004t.gimple
    <D.2250>:
    D.2254 = a.val[i];
    D.2255 = b.val[i];
    D.2256 = D.2254 + D.2255;
    <retval>.val[i] = D.2256;
    i = i + 1;
    <D.2251>:
    if (i <= 15) goto <D.2250>; else goto <D.2248>;
    <D.2248>:
  }
  return <retval>;

AFAIR C 和 C++ Gimple 生成器不共享代码，因此会出现这样的异常情况。我鼓励您在GCC Bugzilla 报告此问题，因为这可能是一个常见的性能问题。

【讨论】：