我怎样才能让 GCC 将这个位移指令优化为一个移动？

Question

我正在尝试使用以下代码在软件中模拟 16 位半浮点数：

typedef struct half
{
    unsigned short mantissa:10;
    unsigned short exponent:5;
    unsigned short sign:1;
} half;

unsigned short from_half(half h)
{
    return h.mantissa | h.exponent << 10 | h.sign << 15;
}

half to_half(unsigned short s)
{
    half result = { s, s >> 10, s >> 15 };
    return result;
}

我设置它以便它可以很容易地优化成一个移动指令，但是你瞧，在 from_half 中，GCC 无论如何都会进行位移（即使在 -O3）：

from_half:
        mov     edx, edi
        mov     eax, edi
        and     di, 1023
        shr     dx, 15
        and     eax, 31744
        movzx   edx, dl
        sal     edx, 15
        or      eax, edx
        or      eax, edi
        ret

而 to_half 优化得很好：

to_half:
        mov     eax, edi
        ret

Godbolt

我尝试了不同的优化级别（-O1、-O2、-Os），但 none 将其优化到了我希望的样子。

即使在 -O1:

from_half:                              # @from_half
        mov     eax, edi
        ret
to_half:                                # @to_half
        mov     eax, edi
        ret

Godbolt

我怎样才能让 GCC 把它优化成一个 move？为什么它还没有这样优化？

Answer 1

自从我在 C 中编码已经有一段时间了，但似乎使用 union 应该可行：

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>

static bool useUnion;

__attribute__ ((__constructor__)) // supported by gcc compiler
static void initUseUnion()
{
    union {
       uint16_t i;
       char c[2];
    } n = { 0x0001 };
    useUnion = n.c[0]; // little endian
}

typedef struct half
{
    unsigned short mantissa:10;
    unsigned short exponent:5;
    unsigned short sign:1;
} half;

typedef union half_short
{
    half h;
    uint16_t s;
} half_short;

unsigned short from_half(half h)
{
    if (useUnion) {
        half_short hs;
        hs.h = h;
        return hs.s;
    }
    else {
        return h.mantissa | h.exponent << 10 | h.sign << 15;
    }
}

half to_half(unsigned short s)
{
    if (useUnion) {
        half_short hs;
        hs.s = s;
        return hs.h;
    }
    else {
        half result = { s, s >> 10, s >> 15 };
        return result;
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("%d\n", useUnion);
    return 0;
}

Answer 2

除了之外，您还可以尝试以下方法来回答您的问题

How can I get GCC to optimize this into a move?

只需将每个移位的位域表达式转换为 unsigned short

unsigned short from_half(half h)
{
    return (unsigned short)h.mantissa | (unsigned short)(h.exponent << 10) | (unsigned short)(h.sign << 15);
}

https://godbolt.org/z/CfZSgC

结果是：

from_half:
        mov     eax, edi
        ret

Why isn't it optimized that way already?

我不确定我对这个问题有可靠的答案。显然，将位域中间提升为 int 会使优化器感到困惑……但这只是一个猜测。

我怎样才能让 GCC 将这个位移指令优化为一个移动？

How can I get GCC to optimize this bit-shifting instruction into a move?

c

gcc

compiler-optimization

bit-fields