GCC 不会优化整数算术表达式答案

【问题标题】：GCC won't optimize integer arithmetic expressionGCC 不会优化整数算术表达式
【发布时间】：2017-08-26 08:16:10
【问题描述】：

int f(int x, int y) {
    return 20 * (x - 10) + 50 * (x + 5);
}

int f_expected(int x, int y) {
    return 70 * x + 50;
}

generated code 是：

f(int, int):
        lea     eax, [rdi-50+rdi*4]
        add     edi, 5
        imul    edi, edi, 50
        lea     eax, [rdi+rax*4]
        ret
f_expected(int, int):
        imul    eax, edi, 70
        add     eax, 50
        ret

我希望 f 编译为 f_expected。我在 GCC 7 上尝试了 -O3 和 -Ofast。我正在寻找哪个标志，确切地说（如果有的话）？ clang 和 icc 在 -O3 下生成预期的代码。

供参考，clang code:

f(int, int):
        imul    eax, edi, 70
        add     eax, 50
        ret

f_expected(int, int):
        imul    eax, edi, 70
        add     eax, 50
        ret

【问题讨论】：

"我希望 f 被编译成 f_expected" 为什么？
我还有一些其他代码，可以证明这种类型的优化（我分析、手动优化等）可以加快执行速度。此外，clang 没有问题。 GCC 在这些类型的优化方面特别糟糕，还是我只是用错了？
有点神秘的是，如果你使用-fwrapv，GCC 就会正确 - 是的，一个禁止某些优化的标志。
最好不要，因为它与整个故事相去甚远。因为这只是一个完全随机的发现，所以这是一个不应该奏效的解决方案。它更多地证明了 GCC 中的错误，而不是解决方案。
@harold 我不太喜欢 GCC 和编译器开发，但 docs 的措辞对我来说听起来非常好：This flag enables some optimizations and disables others。没有太多背景，这对我来说很自然（它要么是：A 我们假设一些数学行为/不是，要么 B 我们假设两种不同的数学行为之一；我不确定这里是什么情况，显然 B) 会指示更多的那种 打开一些；关掉别人的东西）

标签： c++ gcc optimization compilation arithmetic-expressions

【解决方案1】：

发生这种情况是因为 GCC 害怕引入原始版本中不存在的有符号整数溢出（这将导致程序中的未定义行为）。您可以通过将 -fwrapv 添加到 CFLAGS 来强制 GCC 允许签名溢出，但这会带来其他问题（例如，无法优化某些循环）。

$ gcc tmp.c -S -o- -O2
    ...
    leal    -50(%rdi,%rdi,4), %eax
    movl    $50, %edx
    addl    $5, %edi
    imull   %edx, %edi
    leal    (%rdi,%rax,4), %eax
    ret
$ gcc tmp.c -S -o- -O2 -fwrapv
    ...
    movl    %edi, %eax
    movl    $70, %edx
    imull   %edx, %eax
    addl    $50, %eax
    ret

现在 Clang 能够以某种方式找出原始代码中不存在 UB，因此这可能是 GCC 中缺少的优化（我鼓励您向 their Bugzilla 报告）。

【讨论】：