定时测试的大循环以某种方式优化到什么都没有？

Question

我正在尝试测试一系列用于矩阵向量计算的库。为此，我只是做了一个大循环，在里面我调用我想要计时的例程。非常简单。但是，我有时会看到，当我提高编译器的优化级别时，无论循环有多大，时间都会下降到零。请参阅下面的示例，其中我尝试对 C 宏计时以计算叉积。编译器在做什么？我怎样才能避免它，但允许对浮点算术进行最大优化？提前谢谢你

下面的示例是在具有 i5 intel 处理器的计算机上使用 g++ 4.7.2 编译的。 使用优化级别 1 (-O1) 需要 0.35 秒。对于二级或更高级别，它下降到零。请记住，我想为此计时，因此我希望计算实际发生，即使对于这个简单的测试而言，这是不必要的。

#include<iostream>
using namespace std;

typedef double  Vector[3];
#define VecCross(A,assign_op,B,dummy_op,C)              \
(   A[0] assign_op (B[1] * C[2]) - (B[2] * C[1]),       \
    A[1] assign_op (B[2] * C[0]) - (B[0] * C[2]),       \
    A[2] assign_op (B[0] * C[1]) - (B[1] * C[0])        \
)

double get_time(){
  return clock()/(double)CLOCKS_PER_SEC;
}

int main()
{
  unsigned long n = 1000000000u;
  double start;

  {//C macro cross product                                                                                                                                              
    Vector u = {1,0,0};
    Vector v = {1,1,0};
    Vector w = {1.2,1.2,1.2};

    start = get_time();
    for(unsigned long i=0;i<n;i++){
      VecCross (w, =, u, X, v);
    }
    cout << "C macro cross product: " << get_time()-start << endl;
  }

  return 0;
}

Answer 1

问问自己，就最终用户可见的内容而言，您的程序实际上做了什么？

它显示计算结果：get_time()-start。循环的内容与该计算的结果无关，因为您从未真正使用循环内正在修改的变量。

因此，编译器优化了整个循环，因为它无关紧要。

一种解决方案是输出循环中正在修改的变量的最终状态，作为cout 语句的一部分，从而强制编译器计算循环。然而，一个聪明的编译器也可以计算出循环总是计算同样的东西，它可以简单地将结果直接插入到你的cout语句中，因为不需要在运行时实际计算它。作为一种解决方法，例如，您可以要求在运行时提供循环的输入之一（例如，从文件、命令行参数、cin 等中读取它）。

有关更多（可能更好）的解决方案，请查看此重复线程：Force compiler to not optimize side-effect-less statements