C 编译器通过运行优化循环

Question

C 编译器能否通过运行优化循环？

例如：

int num[] = {1, 2, 3, 4, 5}, i;
for(i = 0; i < sizeof(num)/sizeof(num[0]); i++) {
  if(num[i] > 6) {
    printf("Error in data\n");
    exit(1);
  }
}

不是每次执行程序时都运行宁这个，编译器可以简单地运行这个并优化它吗？

Answer 1

您没有指定编译器，但是将 gcc 与 -O3 and 一起使用，在 for maybe 之外进行大小计算可能稍微调整一下。

Answer 2

是的。 C 编译器 unrolls loops automatically with options -O3 and -Otime.

Answer 3

编译器甚至可以做得更好。编译器不仅可以检查运行代码 "forward" 的效果，而且标准甚至允许它们在涉及潜在未定义行为的情况下反向工作代码逻辑。例如，给定：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
  int ch = getchar();
  int q;
  if (ch == 'Z')
    q=5;
  printf("You typed %c and the magic value is %d", ch, q);
  return 0;
}

编译器有权假设程序永远不会接收任何输入，这会导致在 q 没有接收到值的情况下到达 printf；由于唯一会导致 q 接收值的输入字符是 'Z'，因此编译器可以合法地将代码替换为：

int main(void)
{
  getchar();
  printf("You typed Z and the magic value is 5");
}

如果用户键入Z，原程序的行为将被明确定义，而后者的行为将与之匹配。如果用户键入任何其他内容，原始程序将调用未定义行为，因此，标准将不会对编译器可以做什么施加任何要求。编译器将有权做任何它喜欢的事情，包括产生与键入 Z.

产生的结果相同的结果。

Answer 4

让我们看看……（真的只能这样说了。）

拳头，我已将您的代码片段转换为我们可以实际尝试编译的内容，运行并将其保存在名为 main.c.

的文件中

#include <stdio.h>

static int
f()
{
  const int num[] = {1, 2, 3, 4, 5};
  int i;
  for (i = 0; i < sizeof(num) / sizeof(num[0]); i++)
    {
      if (num[i] > 6)
        {
          printf("Error in data\n");
          return 1;
        }
    }
  return 0;
}

int
main()
{
  return f();
}

运行 gcc -S -O3 main.c 生成以下汇编文件（在 main.s 中）。

        .file   "main.c"
        .section        .text.unlikely,"ax",@progbits
.LCOLDB0:
        .section        .text.startup,"ax",@progbits
.LHOTB0:
        .p2align 4,,15
        .globl  main
        .type   main, @function
main:
.LFB22:
        .cfi_startproc
        xorl    %eax, %eax
        ret
        .cfi_endproc
.LFE22:
        .size   main, .-main
        .section        .text.unlikely
.LCOLDE0:
        .section        .text.startup
.LHOTE0:
        .ident  "GCC: (GNU) 5.1.0"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

即使您不懂汇编，您也会注意到字符串 "Error in data\n" 不存在于文件中，因此显然一定进行了某种优化。

如果我们仔细观察为 main 函数生成的机器指令，

xorl    %eax, %eax
ret

我们可以看到它所做的只是将 EAX 寄存器与自身进行异或运算（结果始终为零）并将该值写入 EAX。然后它再次 returns。 EAX 寄存器用于保存 return 值。正如我们所见，f 函数被完全优化掉了。

C 编译器通过运行优化循环

C compiler optimize loop by running it

c

optimization

loops

for-loop

compiler-optimization

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