为什么这个浮点运算编译得这么奇怪（没有优化）？

Question

我使用 0 级和 3 级优化编译了以下函数 g++版本4.7.2 20120921：

double function1(double a, double b)
{
  return (a+b)*(a+b);
}

0级优化版本的反汇编提供：

0000000000000000 <_Z9function1dd>:
   0:   55                      push   rbp
   1:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
   4:   f2 0f 11 45 f8          movsd  QWORD PTR [rbp-0x8],xmm0
   9:   f2 0f 11 4d f0          movsd  QWORD PTR [rbp-0x10],xmm1
   e:   f2 0f 10 45 f8          movsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x8]
  13:   66 0f 28 c8             movapd xmm1,xmm0
  17:   f2 0f 58 4d f0          addsd  xmm1,QWORD PTR [rbp-0x10]
  1c:   f2 0f 10 45 f8          movsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x8]
  21:   f2 0f 58 45 f0          addsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x10]
  26:   f2 0f 59 c1             mulsd  xmm0,xmm1
  2a:   f2 0f 11 45 e8          movsd  QWORD PTR [rbp-0x18],xmm0
  2f:   48 8b 45 e8             mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x18]
  33:   48 89 45 e8             mov    QWORD PTR [rbp-0x18],rax
  37:   f2 0f 10 45 e8          movsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x18]
  3c:   5d                      pop    rbp
  3d:   c3                      ret    

3 级优化提供：

0000000000000000 <_Z9function1dd>:
   0:   f2 0f 58 c1             addsd  xmm0,xmm1
   4:   f2 0f 59 c0             mulsd  xmm0,xmm0
   8:   c3                      ret    

在未优化的版本中，为什么代码做了这么多额外的工作？具体来说，是什么原因导致mulsd之后的4条指令？他们所做的只是将xmm0 移动到内存，从内存移动到rax，然后返回到内存，然后再返回到xmm0。

Answer 1

这是编译器认为它正在做什么的一种可能的观点。 非优化编译器对事物采取非常本地化的看法。它没有展望下一步将要做什么。它可能正在使用一组非常有限的操作。例如，它似乎将它的一些工作传输限制在 stack 和 xmm0 之间，或 stack 和 rax 之间。

一刀切的方法的另一个方面是，如果某事在某些情况下需要做，它往往会一直完成。特别是，一些函数需要足够的寄存器来要求将参数和中间结果保存到堆栈中。优化编译器只会在必要时这样做。非优化编译器是无条件的。

0000000000000000 <_Z9function1dd>:
// Push the stack
   0:   55                      push   rbp
   1:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
// Save the parameters to stack temporaries
   4:   f2 0f 11 45 f8          movsd  QWORD PTR [rbp-0x8],xmm0
   9:   f2 0f 11 4d f0          movsd  QWORD PTR [rbp-0x10],xmm1
// Load the temporary representing a into register xmm1, via xmm0
   e:   f2 0f 10 45 f8          movsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x8]
  13:   66 0f 28 c8             movapd xmm1,xmm0
// Add the temporary representing b leaving (a+b) in xmm1
  17:   f2 0f 58 4d f0          addsd  xmm1,QWORD PTR [rbp-0x10]
// Load the temporary representing a into xmm0
  1c:   f2 0f 10 45 f8          movsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x8]
// Add the temporary representing b, leaving (a+b) in xmm0
  21:   f2 0f 58 45 f0          addsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x10]
// Multiply (a+b)*(a+b)
  26:   f2 0f 59 c1             mulsd  xmm0,xmm1
// Store the multiply result in a stack temporary
  2a:   f2 0f 11 45 e8          movsd  QWORD PTR [rbp-0x18],xmm0
// Load the return value into rax
  2f:   48 8b 45 e8             mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x18]
// Move the return value to xmm0 via a stack temporary
  33:   48 89 45 e8             mov    QWORD PTR [rbp-0x18],rax
  37:   f2 0f 10 45 e8          movsd  xmm0,QWORD PTR [rbp-0x18]
// and return
  3c:   5d                      pop    rbp
  3d:   c3                      ret