循环内的常量函数返回值是否有优化？ [复制]答案

【问题标题】：Is there optimization for constant function return value inside a loop? [duplicate]循环内的常量函数返回值是否有优化？ [复制]
【发布时间】：2015-08-04 21:07:45
【问题描述】：

我的问题是关于gcc 编译器。

通常，在循环中，我必须使用一个函数返回的值，该值在整个循环期间是恒定的。

我想知道是否最好先将这个常量返回值存储在一个变量中（让我们想象一个长循环），或者像gcc 这样的编译器是否能够执行一些优化来缓存常量值，因为它会将其识别为不断抛出循环。

例如，当我遍历字符串中的字符时，我经常会这样写：

bool find_something(string s, char something)
{
    size_t sz = s.size();
    for (size_t i = 0; i != sz; i++)
        if (s[i] == something) return true;
    return false;
}

但是通过一个聪明的编译器，我可以使用以下（更短更清晰）：

bool find_something(string s, char something)
{
    for (size_t i = 0; i != s.size(); i++)
        if (s[i] == something) return true;
    return false;
}

然后编译器可以检测到循环内的代码没有对string对象执行任何更改，然后将构建一个代码来缓存s.size()返回的值，而不是制作一个（较慢) 每次迭代的函数调用。

gcc有这样的优化吗？

【问题讨论】：

这通常写成for (size_t i = 0, m = s.size(); i!=m; ++i)。
这叫Loop-Invariant Code Motion。
@Dan，不是真的重复：最好的答案是：“内存引用和函数调用可能更困难。[关于优化]”。但我想更具体地了解gcc
标准库容器的size 成员函数无论如何都会被内联，所以你担心的函数调用一开始就不存在。
@DavidSchwartz：我会使用 for range：for (char c : s) {if (c == something) return true; } return false;)} ;-)（所以循环内外没有常数）。

标签： c++ gcc optimization

【解决方案1】：

通常，您的示例中没有任何内容使编译器无法在循环之前移动 .size() 计算。事实上，GCC 5.2.0 将为您展示的两种实现生成exactly the same code。

然而，我强烈建议反对依赖这样的优化（在真正的性能关键代码中），因为某处的小改动（GCC 优化器，std::string 的实现细节，...）可以破坏 GCC 进行此优化的能力。

但是，我认为在通常 90% 的代码中编写更冗长的版本并没有什么意义，因为这些代码并不是真正的性能关键。

考虑到当前的 C++ 编译器，尽管我会选择更简洁的：

bool find_something(std::string s, char something)
{
    for (ch : s)
        if (ch == something) return true;
    return false;
}

顺便说一句，它也产生与 GCC 5.2.0 非常相似的机器代码。

【讨论】：

【解决方案2】：

编译器必须知道对象没有在不同的线程中修改。它可以判断如果对象不改变功能不会改变，但不能判断对象不会因其他刺激而改变。

如果您包含某种形式的全程序优化，编译器将取消对具有大小的成员的调用

【讨论】：

编译器可以假设没有其他线程更改字符串，因为任何不受保护的并发写入都会调用 UB。
所以我必须告诉编译器我没有使用任何令人不安的线程，然后，会有一个优化？（对不起，如果误解，我是法国人）
@yolenoyer 不，作为程序员，您必须确保在修改对象时不会访问任何对象。（或使用为您执行此操作的工具。）编译器可能假定没有适当的同步措施（此处需要），其他线程不会修改对象。

【解决方案3】：

这取决于编译器是否可以将函数调用识别为常量。考虑以下可能驻留在编译器无法分析的外部库中的函数。

int odd_size(string s) {
  static int a = 0;
  return a++;
}

无论输入参数如何，此函数都将返回不同的值。因此，即使传递的字符串对象保持不变，编译器也不能假定一个不变的返回值。不会应用任何优化。

另一方面，如果编译器检测到常量函数调用（在您的示例中可能就是这种情况），它可能会将常量表达式移出循环。

旧版本的gcc 有一个明确的选项-floop-optimize 负责该任务。来自gcc-3.4.5 documentation：

-floop-优化

执行循环优化：将常量表达式移出循环，简化退出测试条件，并可选择进行强度降低和循环展开。

在 -O、-O2、-O3、-Os 级别启用。

我在当前版本的 gcc 中找不到此选项，但我很确定它们也包含此类优化。

【讨论】：