GCC vs CLANG 指向 char* 优化的指针

Posted 2023-02-17

【中文标题】GCC vs CLANG 指向 char* 优化的指针

【英文标题】：GCC vs CLANG pointer to char* optimization

【发布时间】：2017-09-09 09:15:16

【问题描述】：

我有这个代码： 主PC：

int main(int c, char **v)
        char *s = v[0];
        while (*s++ != 0) 
                if ((*s == 'a') && (*s != 'b')) 
                        return 1;
                
        
        return 0;

我用 clang 和 gcc 编译生成汇编代码来比较优化：

clang-3.9 -S -masm=intel -O3 mainP.c
gcc -S -masm=intel -O3 mainP.c

编译器版本为：

clang version 3.9.1-9 (tags/RELEASE_391/rc2)
Target: x86_64-pc-linux-gnu
gcc (Debian 6.3.0-18) 6.3.0 20170516

生成的 2 个汇编代码是：

gcc 汇编代码：

main:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        mov     rax, QWORD PTR [rsi]
        jmp     .L2
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L4:
        cmp     BYTE PTR [rax], 97
        je      .L5
.L2:
        add     rax, 1
        cmp     BYTE PTR -1[rax], 0
        jne     .L4
        xor     eax, eax
        ret
.L5:
        mov     eax, 1
        ret

clang 汇编代码：

main:                                   # @main
        .cfi_startproc
# BB#0:
        mov     rcx, qword ptr [rsi]
        mov     dl, byte ptr [rcx]
        inc     rcx
        .p2align        4, 0x90
.LBB0_1:                                # =>This Inner Loop Header: Depth=1
        xor     eax, eax
        test    dl, dl
        je      .LBB0_3
# BB#2:                                 #   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
        movzx   edx, byte ptr [rcx]
        inc     rcx
        mov     eax, 1
        cmp     dl, 97
        jne     .LBB0_1
.LBB0_3:
        ret

我注意到：在 gcc 汇编代码中，*s 在循环中被访问两次，而 *s 在 clang 汇编代码中只被访问一次。

有什么区别的解释吗？

然后在稍微更改 C 代码（添加一个本地 char 变量）后，我得到的汇编代码与 GCC 大致相同：

int main(int c, char **v)
        char *s = v[0];
        char ch;
        ch = *s;
        while (ch != 0) 
                if ((ch == 'a') && (ch != 'b')) 
                        return 1;
                
                ch = *s++;
        
        return 0;

使用 GCC 生成的汇编代码：

main:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        mov     rax, QWORD PTR [rsi]
        movzx   edx, BYTE PTR [rax]
        test    dl, dl
        je      .L6
        add     rax, 1
        cmp     dl, 97
        jne     .L5
        jmp     .L8
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L4:
        cmp     dl, 97
        je      .L8
.L5:
        add     rax, 1
        movzx   edx, BYTE PTR -1[rax]
        test    dl, dl
        jne     .L4
.L6:
        xor     eax, eax
        ret
.L8:
        mov     eax, 1
        ret

【问题讨论】：

s++ 出现在两个 C++ 代码片段的不同位置。

clang 只需省略第二次读取。无论这好坏，都应该对代码进行更仔细的分析。你是在问谁表现更好或更玄学为什么？

我不是在问哪个更好。这取决于情况，如果 gcc 代码中两次读取之间的内存发生变化，则与运行 clang 代码相比，行为会有所不同。

第二次读取是*s++，困难在于它并不总是第二次读取（第一次迭代）。编译器需要将 *(c?a:b) 转换为 c?*a:*b 并注意 *b 在采用该分支时是多余的，在这种情况下 gcc 会丢失。随时向 gcc 的 bugzilla 报告这个错过的优化。

关于 GCC 的错误报告链接：gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=82187

【参考方案1】：

差异的解释：编译器优化是困难，不同的编译器会以不同的方式优化你的代码。

因为表达式比较简单，我们可以假设*s在两个地方都是相同的值，只需要一个负载。

但是弄清楚优化是棘手的，因为编译器必须绝对“知道”在第一个引用和第二个引用之间不能更改“任何 s 指向的内容”。

在你的例子中，clang 比 gcc 更擅长解决这个问题。

【讨论】：

gcc 是否有一个选项，以便它从第一个 c 代码生成汇编代码，只有一次访问，如 clang？此外，生成的汇编代码在使用不同的编译器版本编译时肯定会发生变化。跨度>

我不知道是否有编译器选项，而且版本之间存在差异我并不感到惊讶——每个版本几乎总是对优化器进行改进/更改。

如果您想强制进行一次访问，我建议您在 C 代码中使用中间变量，就像您在第二个示例中所做的那样。

并不是 gcc 认为它没有意识到它是同一个位置并且它可以假设它没有被修改，而是它没有将循环管道/转换为特殊情况下的零长度字符串，然后能够在源循环的下一次迭代中为!=0 重用加载的字符。 ***.com/questions/46129083/…。 gcc/clang 也不会像这样在第一次迭代之前无法确定迭代计数的自动矢量化（使用 SSE2）搜索循环，所以我认为条件 return 是有问题的。

其实问题不在于条件返回。计算整个字符串的匹配可以避免这种情况，但它仍然是一个未知的迭代计数，并且 gcc 仍然会加载两次 godbolt.org/g/vnshJL。