GCC优化isnan(x)是否可行|| isnan(y) 变成 isunordered(x, y)？

Question

这是我的代码：

int f(double x, double y)
{
  return std::isnan(x) || std::isnan(y);
}

如果您使用 C 而不是 C++，只需将 std:: 替换为 __builtin_（不要简单地删除 std::，原因如下：Why does GCC implement isnan() more efficiently for C++ <cmath> than C <math.h>?）。

这是程序集：

ucomisd %xmm0, %xmm0 ; set parity flag if x is NAN
setp    %dl          ; copy parity flag to %edx
ucomisd %xmm1, %xmm1 ; set parity flag if y is NAN
setp    %al          ; copy parity flag to %eax
orl     %edx, %eax   ; OR one byte of each result into a full-width register

现在让我们尝试一个替代的公式来做同样的事情：

int f(double x, double y)
{
  return std::isunordered(x, y);
}

这是替代方案的程序集：

xorl    %eax, %eax
ucomisd %xmm1, %xmm0
setp    %al

这太棒了——我们将生成的代码几乎减半！这是因为ucomisd 设置奇偶校验标志，如果 either 它的操作数是 NAN，所以我们可以一次测试两个值，SIMD 样式。

你可以在野外看到类似原始版本的代码，例如：https://svn.r-project.org/R/trunk/src/nmath/qnorm.c

如果我们能让 GCC 变得足够聪明，可以在任何地方组合两个 isnan() 调用，那就太酷了。我的问题是：我们可以吗，怎么做？我对编译器的工作原理有一些了解，但我不知道在 GCC 的哪个位置可以执行这种优化。基本思想是每当有一对isnan()（或__builtin_isnan）调用OR'd一起，它应该同时使用两个操作数发出一个ucomisd指令。

编辑添加了一些由 Basile Starynkevitch 的回答提示的研究：

如果我使用 -fdump-tree-all 进行编译，我会找到两个看起来相关的文件。首先，*.gimple 包含这个（以及更多）：

D.2229 = x unord x;
D.2230 = y unord y;
D.2231 = D.2229 | D.2230;

在这里我们可以清楚地看到 GCC 知道它会将(x, x) 传递给isunordered()。如果我们想通过在这个级别进行转换来优化，规则大致是：“将a unord a | b unord b替换为a unord b。”这是编译我的第二个 C 代码时得到的结果：

D.2229 = x unord y;

另一个有趣的文件是*.original:

return <retval> = (int) (x unord x || y unord y);

这实际上是-fdump-tree-original 生成的整个非注释文件。对于更好的源代码，它看起来像这样：

return <retval> = x unord y;

显然可以应用相同类型的转换（只是这里是|| 而不是|）。

但不幸的是，如果我们将源代码修改为例如：

if (__builtin_isnan(x))
  return true;
if (__builtin_isnan(y))
  return true;
return false;

然后我们得到完全不同的 Gimple 和 Original 输出文件，尽管最终的组装和以前一样。所以也许在管道的后期尝试这种转变会更好？ *.optimized 文件（以及其他文件）显示带有“if”的版本的代码与原始版本相同，因此很有希望。

Answer 1

有两个问题：

• 是您提出的优化始终在严格的 C++11 标准中是合法的（我不知道）。

• 可以通过添加这样的优化来自定义 GCC：是的！您可以使用 MELT 扩展它 -e.g.编写您自己的 MELT 扩展，或者使用您自己的 GCC 插件（痛苦地）用 C++ 编码。

但是，在 GCC 中添加额外的优化是一项重要的工作（即使使用 MELT）：您需要了解 GCC 的内部结构。所以这可能是一个多星期的工作。

而且我不确定这样的优化是否真的值得。

Answer 2

这种优化不仅是可能的，它现在在 gcc-6 中可用： https://gcc.gnu.org/viewcvs/gcc?view=revision&revision=222077