为什么 icc 会为一个简单的 main 生成奇怪的程序集？

Question

我有一个简单的program:

int main()
{
    return 2*7;
}

打开优化的 GCC 和 clang 都愉快地生成了 2 个指令二进制文件，但是 icc 给出了奇怪的输出。

     push      rbp                                           #2.1
     mov       rbp, rsp                                      #2.1
     and       rsp, -128                                     #2.1
     sub       rsp, 128                                      #2.1
     xor       esi, esi                                      #2.1
     mov       edi, 3                                        #2.1
     call      __intel_new_feature_proc_init                 #2.1
     stmxcsr   DWORD PTR [rsp]                               #2.1
     mov       eax, 14                                       #3.12
     or        DWORD PTR [rsp], 32832                        #2.1
     ldmxcsr   DWORD PTR [rsp]                               #2.1
     mov       rsp, rbp                                      #3.12
     pop       rbp                                           #3.12
     ret

Answer 1

我不知道为什么ICC选择按2个缓存行对齐堆栈：

and       rsp, -128                                     #2.1
sub       rsp, 128                                      #2.1

这很有趣。 L2 缓存有一个相邻行预取器，它喜欢将成对的行（在 128 字节对齐的组中）拉入 L2。但是 main 的堆栈框架通常不会被大量使用。也许在某些程序中重要的变量被分配在那里。（这也解释了设置 rbp，以保存旧的 RSP，以便它可以 return 在 ANDing 之后。gcc 在函数中使用 RBP 制作堆栈帧，它也对齐该堆栈。）

剩下的是因为main()比较特殊，ICC默认启用-ffast-math。（这是英特尔的“肮脏”小秘密之一，让它开箱即用地自动矢量化更多浮点代码。）

这包括在 main 的顶部添加代码以设置 MXCSR（SSE 状态/控制寄存器）中的 DAZ/FTZ 位。有关这些位的更多信息，请参阅 Intel 的 x86 手册，但它们实际上并不复杂：

DAZ：非正规数为零：作为 SSE/AVX 指令的输入，非正规数被视为零。
FTZ：清零：舍入 SSE/AVX 指令的结果时，次正规结果清零。

相关：SSE "denormals are zeros" option

(ISO C++ 禁止程序回调到 main()，因此允许编译器将运行-once 内容放入 main 本身而不是CRT 启动文件 。gcc/clang 与 -ffast-math 指定为 linking link 在设置 MXCSR 的 CRT 启动文件中。但是当使用 [=86= 编译时]，它仅在允许优化方面影响代码生成。即将 FP add/mul 视为关联，而不同的临时值意味着它实际上不是。这与设置 DAZ/FTZ) 完全无关。

非正规在这里被用作次正规的同义词：具有最小指数和有效数字的 FP 值，其中隐式前导位是 0 而不是 1。即幅度小于的值，最小的可表示 标准化 float/double.

https://en.wikipedia.org/wiki/Denormal_number.

产生次正常结果的指令可能慢很多：为了优化延迟，一些硬件中的快速路径假设结果是标准化的，如果结果可以，则采用微码辅助'被归一化。使用 perf stat -e fp_assist.any 来计算此类事件。

来自 Bruce Dawson 的优秀 FP 文章系列：That’s Not Normal–the Performance of Odd Floats。另外：

Why does changing 0.1f to 0 slow down performance by 10x?
Avoiding denormal values in C++

Agner Fog 进行了一些测试（参见他的 microarch pdf），并报告了 Haswell/Broadwell：

Underflow and subnormals

Subnormal numbers occur when floating point operations are close to underflow. The handling of subnormal numbers is very costly in some cases because the subnormal results are handled by microcode exceptions.

The Haswell and Broadwell have a penalty of approximately 124 clock cycles in all cases where an operation on normal numbers gives a subnormal result. There is a similar penalty for a multiplication between a normal and a subnormal number, regardless of whether the result is normal or subnormal. There is no penalty for adding a normal and a subnormal number, regardless of the result. There is no penalty for overflow, underflow, infinity or not- a-number results.

The penalties for subnormal numbers are avoided if the "flush-to-zero" mode and the "denormals-are-zero" mode are both set in the MXCSR register.

所以在某些情况下，现代英特尔 CPU 即使在次正规情况下也能避免惩罚，但是

为什么 icc 会为一个简单的 main 生成奇怪的程序集？

Why is icc generating weird assembly for a simple main?

c++

x86

assembly

code-generation

icc