如果循环的迭代次数在编译时未知，GCC 如何展开循环？

Question

当我找到选项 -funroll-all-loops 时，我正在阅读 optimization options for GCC。

它的描述是：

Unroll all loops, even if their number of iterations is uncertain when the loop is entered. This usually makes programs run more slowly. '-funroll-all-loops' implies the same options as '-funroll-loops'

如果循环的迭代次数在编译时未知，编译器如何展开循环？编译器不需要这些信息来展开它吗？它生成什么相应的 C 代码，如果它通常使程序运行变慢，这在什么情况下会有用？

Answer 1

您不能假设编译器的中间表示存在 对应的 C 代码 这样的东西。但在这种情况下，我希望最接近的等价物类似于 Duff's Device，这是一个可以在计算位置输入的序列（通常在循环中）。

Answer 2

它可以做类似的事情：

while(n >= 8){
  foo(); foo(); foo(); foo(); foo(); foo(); foo(); foo(); 
  n -= 8;
}
while(n > 0){
  foo();
  n--;
}

当然，Duff 的设备可以省去编写第二个循环的麻烦。

为什么要这样做？这取决于用户。如果 foo() 花费多于几个周期，或如果原始循环花费的总挂钟时间少于 5%，或如果 n 通常很小，可能不值得这么麻烦。

Answer 3

这里有一些 C 代码展示了如何做到这一点：

int iterations = 100;
int unrollValue = 8;

while (iterations%unrollvalue)
{
   // insert loop code here
   iterations--;
}

while (iterations)
{
   // insert unrollValue copies of loop code here
   iterations-= unrollValue;
}

编译器将用相对跳转替换第一个循环，但这在 C 中不容易表示。请注意，按 2 的幂展开允许编译器使用掩码而不是（昂贵的）除法运算。

Answer 4

in what contexts could this be useful if it usually makes the programs run more slowly?

好吧，他们假设如果您选择此选项，您知道自己在做什么，否则您不应该使用此选项。

gcc 是做什么的，好吧，我使用了这个示例程序：

#include <stdio.h>

void f(int j )
{
  for( int k = 0; k < j; ++k )
  {
    printf( "%d\n", k ) ;
  }
}

并用 godbolt 测试它，它根据剩余的迭代次数生成跳转 table (see it live):

cmpl    , %ebp
movl    , %ebx
je  .L1
testl   %r12d, %r12d
je  .L27
cmpl    , %r12d
je  .L28
cmpl    , %r12d
je  .L29
cmpl    , %r12d
je  .L30
cmpl    , %r12d
je  .L31
cmpl    , %r12d
je  .L32
cmpl    , %r12d
je  .L33

如果循环的迭代次数在编译时未知，GCC 如何展开循环？

How can GCC unroll a loop if its number of iterations is unknown at compile time?

c

optimization

gcc

loop-unrolling