为什么编译器会重复一些指令？

Question

有时编译器会生成带有奇怪指令重复的代码，这些重复指令可以安全地删除。考虑以下代码：

int gcd(unsigned x, unsigned y) {
  return x == 0 ? y : gcd(y % x, x);
}

这是汇编代码（生成的by clang 5.0 启用了优化）：

gcd(unsigned int, unsigned int): # @gcd(unsigned int, unsigned int)
  mov eax, esi
  mov edx, edi
  test edx, edx
  je .LBB0_1
.LBB0_2: # =>This Inner Loop Header: Depth=1
  mov ecx, edx
  xor edx, edx
  div ecx
  test edx, edx
  mov eax, ecx
  jne .LBB0_2
  mov eax, ecx
  ret
.LBB0_1:
  ret

在下面的sn-p中：

  mov eax, ecx
  jne .LBB0_2
  mov eax, ecx

如果没有发生跳转，eax 会无明显原因地重新分配。

另一个例子是函数末尾的两个 ret：一个也可以完美地工作。

是编译器不够智能还是有理由不删除重复项？

Answer 1

任何编译器都会有一堆用于寄存器重命名、展开、提升等的转换。结合它们的输出可能会导致次优情况，例如您所展示的情况。 Marc Glisse 提供了很好的建议：值得报告错误。您正在描述窥视孔优化器丢弃指令的机会

• 完全不影响寄存器和内存的状态，或者
• 不影响对函数的后置条件很重要的状态，对其公共 API 无关紧要。

听起来像是symbolic execution 技术的机会。如果约束求解器没有找到给定 MOV 的分支点，那么它可能真的是一个 NOP。

Answer 2

编译器可以执行人们不明显的优化，并且删除指令并不总是让事情变得更快。

少量搜索表明，当 RET 紧跟在条件分支之后时，各种 AMD 处理器都会出现分支预测问题。通过用本质上是无操作的内容填充该插槽，可以避免性能问题。

更新：

示例参考，“AMD64 处理器的软件优化指南”（参见 http://support.amd.com/TechDocs/25112.PDF）第 6.2 节说：

具体要避免以下两种情况：

• 以单字节近返回 RET 指令为目标的任何类型的分支（条件或无条件）。请参阅“示例”。

• 在代码中直接出现在单字节近返回 RET 指令之前的条件分支。

它还详细说明了为什么跳转目标应该对齐，这也可能解释了函数末尾的重复 RET。