GCC 5.1 循环展开

Question

给定以下代码

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
  int k = 0;
  for( k = 0; k < 20; ++k )
  {
    printf( "%d\n", k ) ;
  }
}

使用 GCC 5.1 或更高版本

-x c -std=c99 -O3 -funroll-all-loops --param max-completely-peeled-insns=1000 --param max-completely-peel-times=10000

部分循环展开，它展开循环十次，然后进行条件跳转。

.LC0:
        .string "%d\n"
main:
        pushq   %rbx
        xorl    %ebx, %ebx
.L2:
        movl    %ebx, %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    1(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    2(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    3(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    4(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    5(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    6(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    7(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    8(%rbx), %esi
        movl    $.LC0, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    printf
        leal    9(%rbx), %esi
        xorl    %eax, %eax
        movl    $.LC0, %edi
        addl    , %ebx
        call    printf
        cmpl    , %ebx
        jne     .L2
        xorl    %eax, %eax
        popq    %rbx
        ret

但是使用旧版本的 GCC（例如 4.9.2）会创建所需的 assemlby

.LC0:
    .string "%d\n"
main:
    subq    , %rsp
    xorl    %edx, %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    movl    , %edx
    movl    $.LC0, %esi
    movl    , %edi
    xorl    %eax, %eax
    call    __printf_chk
    xorl    %eax, %eax
    addq    , %rsp
    ret

有没有办法强制 GCC 的更高版本产生相同的输出？

使用https://godbolt.org/g/D1AR6i生成程序集

编辑： 没有重复的问题，因为使用更高版本的 GCC 完全展开循环的问题尚未解决。传递 --param max-completely-peeled-insns=1000 --param max-completely-peel-times=10000 对使用 GCC >= 5.1

生成的程序集没有影响

Answer 1

您使用的标志和参数不保证循环将完全展开。 GCC documentation 声明以下关于您正在使用的 -funroll-all-loops 标志：

turns on complete loop peeling (i.e. complete removal of loops with a small constant number of iterations)

如果编译器确定给定代码段的迭代次数不是 "a small constant"（即数字太高），它可能只会像此处所做的那样进行部分剥离或展开。此外，您使用的 param 选项只是 最大值 ，但不要强制完全展开小于设置值的循环。换句话说，如果一个循环的迭代次数超过了您设置的最大值，那么该循环将不会完全展开；但反之则不然。

许多因素在进行优化时被考虑在内。这里代码中的瓶颈是对 printf 函数的调用，编译器在计算成本时可能会考虑到这一点，或者判断展开的指令大小开销太重要了。当你仍然告诉它展开循环时，它似乎确定最好的解决方案是用 10 次展开和一次跳跃来转换初始循环。

如果您将 printf 替换为其他内容，编译器可能会进行不同的优化。例如，尝试将其替换为以下内容：

volatile int temp = k;

这个新代码片段的循环将完全展开在较新版本的 GCC（以及旧版本）上。请注意，volatile 关键字只是一个技巧，因此编译器不会完全优化循环。

综上所述，据我所知，没有办法强制 GCC 的更高版本产生相同的输出。

附带说明一下，从优化级别 -O2 开始，在没有任何额外的编译器标志的情况下，最新版本的 Clang 会完全展开您的循环。

GCC 5.1 循环展开

GCC 5.1 Loop unrolling

c

loops

gcc

compiler-optimization

loop-unrolling