【发布时间】：2016-04-07 17:57:15
【问题描述】：
gcc 编译器 4.8 带有带有 -Ofast 选项的 AVX 优化，这很棒。然而，我发现了一个有趣但愚蠢的错误，它增加了不必要的额外计算。也许我错了，谁能给我一个解释？
原C++源代码如下：
#define N 1000007
float a[N],b[N],c[N],d[N],e[N];
int main(int argc, char *argv[]){
cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
for(int x=0; x<N; ++x){
c[x] = 1/sqrt((a[x]+b[x]-c[x])*d[x]/e[x]);
}
return 0;
}
代码在 Ubuntu 14.04.3 x86_64 中使用 g++ 4.8.4 编译： g++ -mavx avx.cpp -masm=intel -c -g -Wa,-ahl=avx.asm -Ofast
汇编源码如下：
90 .LVL10:
91 006b C5FC2825 vmovaps ymm4, YMMWORD PTR .LC0[rip]
91 00000000
92 0073 31C0 xor eax, eax
93 0075 C5FC281D vmovaps ymm3, YMMWORD PTR .LC1[rip]
25:avx.cpp **** for(int x=0; x<N; ++x){
26:avx.cpp **** c[x] = 1/sqrt((a[x]+b[x]-c[x])*d[x]/e[x]);
101 .loc 1 26 0 discriminator 2
102 0080 C5FC2890 vmovaps ymm2, YMMWORD PTR b[rax]
102 00000000
103 0088 4883C020 add rax, 32
104 008c C5FC2888 vmovaps ymm1, YMMWORD PTR e[rax-32]
104 00000000
105 0094 C5EC5890 vaddps ymm2, ymm2, YMMWORD PTR a[rax-32]
105 00000000
106 009c C5FC53C1 vrcpps ymm0, ymm1
107 00a0 C5FC59C9 vmulps ymm1, ymm0, ymm1
108 00a4 C5FC59C9 vmulps ymm1, ymm0, ymm1
109 00a8 C5EC5C90 vsubps ymm2, ymm2, YMMWORD PTR c[rax-32]
109 00000000
110 00b0 C5FC58C0 vaddps ymm0, ymm0, ymm0
111 00b4 C5EC5990 vmulps ymm2, ymm2, YMMWORD PTR d[rax-32]
111 00000000
112 00bc C5FC5CC9 vsubps ymm1, ymm0, ymm1
113 00c0 C5EC59C1 vmulps ymm0, ymm2, ymm1
118 00c4 C5FC52C8 vrsqrtps ymm1, ymm0
119 00c8 C5F459C0 vmulps ymm0, ymm1, ymm0
120 00cc C5FC59C1 vmulps ymm0, ymm0, ymm1
121 00d0 C5F459CB vmulps ymm1, ymm1, ymm3
122 00d4 C5FC58C4 vaddps ymm0, ymm0, ymm4
^LGAS LISTING /tmp/ccJtIFtg.s page 21
123 00d8 C5FC59C9 vmulps ymm1, ymm0, ymm1
124 .LBE45:
125 .LBE44:
126 .loc 1 26 0 discriminator 2
127 00dc C5FC2988 vmovaps YMMWORD PTR c[rax-32], ymm1
127 00000000
128 00e4 483D0009 cmp rax, 4000000
128 3D00
129 00ea 7594 jne .L3
现在查看第 106、107、108、110、112 和 113 行。
编译器使用乘以它的逆来计算除以 e[x]。所以第 106 行计算了 1/e[x]，这是正确的。之后，它可以直接将其与 (a[x]+b[x]-c[x])*d[x] 的最终乘积相乘，该乘积存储在 ymm2 的第 111 行。但是，不是这样做，而是编译器做了一些有趣而荒谬的事情：
它首先将计算出的倒数 1/e[x] 与 e[x] 相乘以 获取 1（第 107 行）
然后将此 1 与 1/e[x] 相乘得到 1/e[x]（第 108 行）
然后它把 1/e[x] 添加到自身得到 2/e[x]（第 110 行）
然后将 2/e[x] 减去 1/e[x] 得到 1/e[x]（第 112 行）
之后，编译器巧妙地使用 vrsqrtps 指令计算 1/sqrt()。然而，在那之后，会发生什么？它没有在 ymm1 中提取输出（第 118 行），而是再次做了一些更奇特的事情：
首先将 1/sqrt(x) 乘以 x 得到 sqrt(x)，（第 119 行）
然后将 sqrt(x) 乘以 1/sqrt(x) 得到 1，（第 120 行）
然后将 1/sqrt(x) 乘以 1（预先存储在 ymm3 中）得到相同的 1/sqrt(x)，（第 121 行）
然后将得到的1加0（预存在ymm4中）得到1，（第122行）
然后将 1/sqrt(x) 与获得的 1 相乘，得到相同的 1/sqrt(x)，（第 123 行）
以上两个冗余表明，每当需要 1/x 时，编译器倾向于将已经获得的输出与原始数字相乘以返回 1，然后将这个 1 与已经获得的输出相乘以返回相同的输出.这样做有什么理由吗？或者它只是一个错误？
【问题讨论】：
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使用
g++ -Ofast -S -fverbose-asm -fdump-tree-all编译并查看生成的.s文件以了解有关优化的更多信息；顺便说一句，你的 GCC 已经很老了，目前是 GCC 5.3 2016 年 1 月上旬。
标签： gcc optimization g++ sse avx