GCC 似乎错过了简单的优化

Question

我正在尝试引入一个具有三元运算符语义的通用函数：E1 ? E2 : E3。我看到编译器能够根据三元运算符的E1 条件消除E2 或E3 之一的计算。然而 GCC 在ternary 函数调用的情况下错过了这种优化（即使E2/E3 没有副作用）。

在下面的列表中，函数ternary 的行为类似于三元运算符。然而，GCC 对函数 f 发出了潜在的大量调用，这对于某些输入值似乎可以被消除（对于三元运算符的确切做法），因为 f 是用纯属性声明的 - 请查看生成的汇编代码的 godbolt 链接由 GCC 提供。

在 GCC 中是否可以改进（优化空间）或 C++ 标准是否明确禁止此类优化？

// Very heavy function
int f() __attribute__ ((pure));

inline int ternary(bool cond, int n1, int n2) {
    return cond ? n1 : n2;
}

int foo1(int i) {
    return i == 0 ? f() : 0;
}

int foo2(int i) {
    return ternary(i == 0, f(), 0);
}

使用-O3 -std=c++11 列出程序集：

foo1(int):
  test edi, edi
  jne .L2
  jmp f()
.L2:
  xor eax, eax
  ret
foo2(int):
  push rbx
  mov ebx, edi
  call f()
  test ebx, ebx
  mov edx, 0
  pop rbx
  cmovne eax, edx
  ret

https://godbolt.org/z/HfpNzo

Answer 1

我看到编译器能够根据三元运算符的 E1 条件（只要 E2/E3 没有副作用）消除 E2 或 E3 之一的计算。

编译器不会消除它；它只是从一开始就从未将其优化为cmov。 C++ 抽象机不评估三元运算符未使用的一面。

int a, b;
void foo(int sel) {
    sel ? a++ : b++;
}

像这样编译 (Godbolt):

foo(int):
    test    edi, edi
    je      .L2                # if(sel==0) goto
    add     DWORD PTR a[rip], 1   # ++a
    ret
.L2:
    add     DWORD PTR b[rip], 1   # ++b
    ret

如果两个输入都没有任何副作用，则三元运算符只能优化为 asm cmov。否则它们不完全等价。

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在 C++ 抽象机（即 gcc 优化器的输入）中，您的 foo2 总是调用 f()，而您的 foo1 不会。 foo1 编译并不奇怪它的方式。

要使 foo2 以这种方式编译，它必须优化对 f() 的调用。总是调用它来为 ternary() 创建一个 arg。

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这里有一个错过的优化，您应该在 GCC 的 bugzilla 上报告（使用 missed-optimization 关键字作为标签）。 https://gcc.gnu.org/bugzilla/enter_bug.cgi?product=gcc

对int f() __attribute__ ((pure)); 的调用应该可以被优化掉。它可以读取全局变量，但不能有任何副作用。 (https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Common-Function-Attributes.html)

正如@melpomene 在 cmets 中发现的那样，int f() __attribute__ ((const)); 确实为您提供了您正在寻找的优化。 __attribute__((const)) 函数甚至不能读取全局变量，只能读取它的参数。 （因此没有参数，它必须总是返回一个常量。）

HVD 指出 gcc 没有f() 的任何费用信息。即使它可以优化了对((pure)) f() 和((const)) f 的调用，也许它没有因为它不知道它比条件分支更昂贵？可能使用配置文件引导的优化进行编译会说服 gcc 做某事？

但是考虑到它在foo2 中对((const)) f 的调用是有条件的，gcc 可能只是不知道它可以优化对((pure)) 函数的调用？也许它只能对它们进行 CSE（如果没有编写全局变量），但不能完全远离基本块进行优化？或者，当前的优化器可能无法利用。就像我说的，看起来像是一个错过选择的错误。