为什么 GCC 不将此“printf”优化为“puts”？

Question

这是我的测试代码：

#include<stdio.h>

static inline void foo(int a){
    printf("%x\n", a);  
}

int main(void){
    foo(0x1234);    
    return 0;
}

我认为 GCC 应该意识到 a 是一个字面整数，并优化为这样的代码：

puts("1234");

但我得到了以下汇编代码：

│0x8048341 <main+17>     push   $0x1234                                        
│0x8048346 <main+22>     push   $0x80484e0                                  
│0x804834b <main+27>     push   $0x1                                        
│0x804834d <main+29>     call   0x8048310 <__printf_chk@plt> 

我的项目中有很多这样的代码，因为我一直相信 GCC 会为我优化，甚至在某些可以简单地使用 'write()' 的情况下，我坚持使用printf，因为我认为我会从它的缓冲机制中受益。

现在我感到很遗憾，因为解析格式字符串的开销会扼杀我所拥有的任何收益。我项目中的这些代码非常底层，可能会导致性能瓶颈。

Answer 1

我项目中的这些代码非常底层，可能会导致性能瓶颈。

首先，我可以打消您的担忧，即这是不可能的。控制台 I/O 的开销是巨大的（相对而言），所以无论你使用什么方法，这始终是你代码中的瓶颈。

我认为 gcc 应该意识到 a 是一个字面整数，并优化为这样的代码：

puts("1234");

显然不是。 GCC（和 Clang）does perform an optimization where printf("...\n"); is transformed into puts("...");，如您所见 here，但这仅在您将 字符串文字 与 printf 一起使用时才会发生。优化器（当前）不查看格式字符串、解析它并围绕它进行优化。你打电话给printf，所以你得到printf。

编译器优化不是保证，因此您不应该在没有首先验证所需优化实际上在所有情况下都应用的情况下编写依赖的代码您感兴趣的（包括代码变体、编译器版本、目标平台等）。

如果您希望将此作为 GCC 优化器的改进建议，您可以建议对 their Bugzilla 进行增强。但不要屏息以待它很快就会实施。考虑到可预期的实际性能改进充其量是最小的（见上文），实现此类优化所需的逻辑并不值得付出努力。

与此同时，如果您绝对需要对代码进行最少更改的这种优化，那么您可以使用some macro hackery：

#define STRINGIFY_INTERNAL(x)  #x
#define STRINGIFY(x)           STRINGIFY_INTERNAL(x)

#define foo(a)                 puts(STRINGIFY(a))

这确实会产生所需的输出：

.LC0:
        .string "0x1234"
MyFunction:
        sub     esp, 24
        push    OFFSET FLAT:.LC0
        call    puts
        xor     eax, eax
        add     esp, 28
        ret

Answer 2

符合标准的库实现可以包含标准定义之外的函数，这将改变标准函数的行为方式。例如，一个库可能包含一个 __select_alternate_digits 函数，当调用该函数时，将导致对 printf 的后续调用以使用非正常数字的方式显示数字。

有了这样的库，给定代码：

#include <stdio.h> // Could legitimately include functions that aren't
                  // defined by the Standard, but which start with __.

int main(void)
{
  __select_alternate_digits("⁰¹²³⁴⁵⁶⁷⁸⁹");
  printf("%d",123);
  __select_alternate_digits(0); // Reset to default set      
}

对__select_alternate_digits 的调用可能会导致上述程序输出“¹²³”而不是“123”。如果编译器捆绑了它自己的printf 函数，它就可以知道它的行为不会受到任何其他函数调用的影响。但是，如果它使用外部库，那么除非程序完全没有对编译器一无所知的函数的任何调用，否则高质量的编译器应该假定这些函数可能具有编译器无法预测的影响。