强制/说服/欺骗 GCC 展开 _Longer_ 循环？

Posted 2023-04-15

技术标签:

【中文标题】强制/说服/欺骗 GCC 展开 _Longer_ 循环？【英文标题】：Force/Convince/Trick GCC into Unrolling _Longer_ Loops? 【发布时间】：2014-11-10 19:06:35 【问题描述】：

如何说服 GCC 展开一个迭代次数已知但很大的循环？

我正在使用-O3 进行编译。

当然，有问题的实际代码更复杂，但这里有一个具有相同行为的简化示例：

int const constants[] =  1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121, 144 ;

int get_sum_1()

    int total = 0;
    for (int i = 0; i < CONSTANT_COUNT; ++i)
    
        total += constants[i];
    
    return total;

...如果 CONSTANT_COUNT 定义为 8（或更少），则 GCC 将展开循环，传播常量，并将整个函数简化为简单的 return <value>;。另一方面，如果CONSTANT_COUNT 为 9（或更大），则循环不会展开，并且 GCC 会生成一个二进制文件，该二进制文件会循环、读取常量并在运行时添加它们——尽管理论上，函数仍然可以优化到只返回一个常量。（是的，我查看了反编译的二进制文件。）

如果我手动展开循环，像这样：

int get_sum_2()

    int total = 0;
    total += constants[0];
    total += constants[1];
    total += constants[2];
    total += constants[3];
    total += constants[4];
    total += constants[5];
    total += constants[6];
    total += constants[7];
    total += constants[8];
    //total += constants[9];
    return total;

或者这个：

#define ADD_CONSTANT(z, v, c) total += constants[v];

int get_sum_2()

    int total = 0;
    BOOST_PP_REPEAT(CONSTANT_COUNT, ADD_CONSTANT, _)
    return total;

...然后函数被优化为返回一个常量。因此，一旦展开，GCC 似乎能够处理较大循环的持续传播；挂断似乎只是让 GCC 考虑首先展开更长的循环。

但是，手动展开和 BOOST_PP_REPEAT 都不是可行的选择，因为在某些情况下，CONSTANT_COUNT 是运行时表达式，而相同对于这些情况，代码仍然需要正常工作。（在这些情况下，性能并不那么重要。）

我正在使用 C（不是 C++），因此模板元编程和 constexpr 均不可用。

我尝试过-funroll-loops、-funroll-all-loops、-fpeel-loops，并为max-unrolled-insns、max-average-unrolled-insns、max-unroll-times、max-peeled-insns、max-peel-times、max-completely-peeled-insns 和 @ 设置较大的值987654340@，似乎没有任何区别。

我在 Linux 上使用 GCC 4.8.2，x86_64。

有什么想法吗？是否有我缺少的标志或参数...？

【问题讨论】：

所以，你基本上希望 GCC 弄清楚循环会计算什么，然后使用那个数字；你真的不在乎它是否在心理上展开循环，只要它把它归结为一个常数，对吧？ 【参考方案1】：

我不确定此解决方法是否适用于您的实际问题，但我发现运行 Parabola GNU/Linux 的 x86_64 上的 GCC 4.9.0 20140604（预发行版）将以下循环展开到并包括 CONSTANT_COUNT == 33。

int
get_sum()

  int total = 0;
  int i, j, k = 0;
  for (j = 0; j < 2; ++j)
    
      for (i = 0; i < CONSTANT_COUNT / 2; ++i)
        
          total += constants[k++];
        
    
  if (CONSTANT_COUNT % 2)
    total += constants[k];
  return total;

我只传递了-O3 标志。 get_sum 的汇编代码真的只是