为什么生成的相同汇编代码不会导致相同的输出？

Question

示例代码 (t0.c)：

#include <stdio.h>

float f(float a, float b, float c) __attribute__((noinline));
float f(float a, float b, float c)
{
    return a * c + b * c;
}

int main(void)
{
    void* p = V;
    printf("%a\n", f(4476.0f, 20439.0f, 4915.0f));
    return 0;
}

调用和执行（通过 godbolt.org）：

# icc 2021.1.2 on Linux on x86-64
$ icc t0.c -fp-model=fast -O3 -DV=f
0x1.d32322p+26
$ icc t0.c -fp-model=fast -O3 -DV=0
0x1.d32324p+26

生成的汇编代码相同：https://godbolt.org/z/osra5jfYY。

为什么生成的相同汇编代码不会导致相同的输出？

为什么void* p = f; 很重要？

Answer 1

Godbolt 向您展示了使用 -S 运行编译器所生成的程序集。但在这种情况下，这并不是实际运行的代码，因为可以在链接时进行进一步的优化。

尝试选中“编译为二进制”框 (https://godbolt.org/z/ETznv9qP4)，这将实际编译和链接二进制文件，然后反汇编它。我们看到在您的-DV=f 版本中，f 的代码是：

 addss  xmm0,xmm1
 mulss  xmm0,xmm2
 ret 

和以前一样。但是对于-DV=0，我们有：

 movss  xmm0,DWORD PTR [rip+0x2d88]
 ret

所以f 已被转换为一个函数，它只返回一个从内存加载的常量。在链接时，编译器能够看到 f 仅使用一组特定的常量参数调用，因此它可以执行过程间常量传播，并且 f 仅返回预先计算的结果。

额外引用f 显然会破坏这一点。可能编译器或链接器看到f 的地址已被占用，并且没有注意到该地址没有做任何事情。所以它假设f 可能在程序的其他地方被调用，因此它必须发出代码，为任意参数提供正确的结果。

至于为什么结果不同：预计算是严格完成的，将a*c和b*c评估为float，然后将它们相加。所以它的122457232 的结果是C 规则中的“正确”之一，这也是你用-O0 或-fp-model=strict 编译时得到的结果。运行时版本已优化为(a+b)*c，实际上更准确，因为它避免了额外的四舍五入；它产生122457224，更接近122457225 的确切值。