为啥 g++ 使用 movabs 和一个奇怪的常量来进行简单的缩减？

Posted 2023-05-08

【中文标题】为啥 g++ 使用 movabs 和一个奇怪的常量来进行简单的缩减？

【英文标题】：Why does g++ use movabs, and with a weird constant, for a simple reduction?为什么 g++ 使用 movabs 和一个奇怪的常量来进行简单的缩减？

【发布时间】：2019-03-11 15:55:19

【问题描述】：

我正在编译这个简单的程序：

#include <numeric> 

int main()

    int numbers[] = 1, 2, 3, 4, 5;
    auto num_numbers = sizeof(numbers)/sizeof(numbers[0]);
    return std::accumulate(numbers,  numbers + num_numbers, 0);

将整数 1 到 5 相加并返回该总和（即 15）。

我意识到std::accumulate 在实现中可能会有一些技巧，但这仍然非常简单。不过，我对我得到的 when compiling this（在 GodBolt 上）感到惊讶。

有了-O3，并且 C++ 是一种面向编译时计算的语言，我得到了预期：

main:
        mov     eax, 15
        ret

但如果我继续使用-O2 - 仍然需要进行一些重度优化 - 我不仅没有得到这个编译时计算，而且我看到了这个奇怪的程序集：

main:
        movabs  rax, 8589934593
        lea     rdx, [rsp-40]
        mov     ecx, 1
        mov     DWORD PTR [rsp-24], 5
        mov     QWORD PTR [rsp-40], rax
        lea     rsi, [rdx+20]
        movabs  rax, 17179869187
        mov     QWORD PTR [rsp-32], rax
        xor     eax, eax
        jmp     .L3
.L5:
        mov     ecx, DWORD PTR [rdx]
.L3:
        add     rdx, 4
        add     eax, ecx
        cmp     rdx, rsi
        jne     .L5
        ret

现在.L5 和.L3 我明白了。令人惊讶的是这些奇怪的movabs 指令，往返于rax。它们是什么意思，为什么会出现？

PS - 我在 x86_64 上使用 GCC 8.2 编译，没有设置 -march。如果我添加-march=skylake - -O3 也会搞砸！ 编辑：这似乎是 GCC 中的回归，请参阅我的 GCC bug report。谢谢@FlorianWeimer！

【问题讨论】：

提示：将数字转换为十六进制

【参考方案1】：

8589934593 是十六进制的 0x200000001，17179869187 是 0x400000003。这两条movabs 指令只需将两个int 常量分别加载到一个64 位寄存器中，用于初始化堆栈上的数组。您可以使用 -fno-store-merging 禁用此 GCC 优化，然后您将在 -O2 处获得类似的内容用于数组初始化：

movl    $1, -40(%rsp)
…
…
movl    $2, -36(%rsp)
…
movl    $3, -32(%rsp)
movl    $4, -28(%rsp)
movl    $5, -24(%rsp)

顺便说一句，对单个常数缺乏优化看起来像是 GCC 回归。我在 GCC 6.3 中看不到这一点。它实际上可能与商店合并有关，我认为这不是 GCC 6 的一部分。

【讨论】：

提交的关于回归的错误报告 - 请参阅我的编辑中的链接。如果您能够将其标记为“已确认”，我将不胜感激。