C++ 编译器会使用少量术语内联 for 循环吗？

Question

假设我有一个 class Matrix5x5（具有适当重载的索引运算符）并且我编写了一个方法 trace 来计算其对角线元素的总和：

double Matrix5x5::trace(void){
    double t(0.0);
    for(int i(0); i <= 4; ++i){
        t += (*this)[i][i];
    }
    return t;
}

当然，如果我改写：

return (*this)[0][0]+(*this)[1][1]+(*this)[2][2]+(*this)[3][3]+(*this)[4][4];

那么我一定会避免声明和递增我的 i 变量的开销。但是写出所有这些条款感觉很愚蠢！

由于我的循环有 constexpr 个恰好很小的项，编译器会为我内联它吗？

Answer 1

如果您的编译器足够聪明，它可以使用 as-if rule 优化这种情况。 C++ 编译器可能会以这种方式优化很多东西。但它也可能不会。唯一可以绝对确定的方法是检查特定编译器生成的代码。话虽如此，这不太可能成为您程序中的瓶颈。所以无论哪个版本更具可读性。

Answer 2

是的！ GCC 在优化级别 -O1 及以上执行，而 clang 在优化级别 -O2 及以上执行。

我用这段代码测试了它：

struct Matrix5x5 {
    double values[5][5];
    Matrix5x5() : values() {}

    double trace() {
        double sum = 0.0;
        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            sum += values[i][i]; 
        }
        return sum; 
    }
};

double trace_of(Matrix5x5& m) {
    return m.trace(); 
}

这是 gcc 和 clang 生成的程序集：

trace_of(Matrix5x5&):
    pxor    xmm0, xmm0
    addsd   xmm0, QWORD PTR [rdi]
    addsd   xmm0, QWORD PTR [rdi+48]
    addsd   xmm0, QWORD PTR [rdi+96]
    addsd   xmm0, QWORD PTR [rdi+144]
    addsd   xmm0, QWORD PTR [rdi+192]
    ret

您可以尝试一下代码，并在此处查看相应的程序集：https://godbolt.org/z/p2uF0E。

如果重载 operator[]，则必须将优化级别提高到 -O3，但编译器仍会这样做：https://godbolt.org/z/JInIME

C++ 编译器会使用少量术语内联 for 循环吗？

Will a C++ compiler inline a for-loop with a small number of terms?

c++

compiler-optimization

loop-unrolling