C/C++ 中的自展开宏循环

Question

我目前正在做一个项目，每个周期都很重要。在分析我的应用程序时，我发现某些内部循环的开销非常高，因为它们只包含一些机器指令。此外，这些循环中的迭代次数在编译时是已知的。

所以我想与其通过复制和粘贴手动展开循环，不如在编译时使用宏来展开循环，以便以后可以轻松修改它。

我的图片是这样的：

#define LOOP_N_TIMES(N, CODE) <insert magic here>

这样我就可以将 for (int i = 0; i < N, ++i) { do_stuff(); } 替换为：

#define INNER_LOOP_COUNT 4
LOOP_N_TIMES(INNER_LOOP_COUNT, do_stuff();)

它展开自己到：

do_stuff(); do_stuff(); do_stuff(); do_stuff();

由于大多数时候 C 预处理器对我来说仍然是个谜，我不知道如何实现它，但我知道这一定是可能的，因为 Boost 似乎有一个 BOOST_PP_REPEAT 宏。不幸的是我不能为这个项目使用 Boost。

Answer 1

没有执行此操作的标准方法。

这是一个有点疯狂的方法：

#define DO_THING printf("Shake it, Baby\n")
#define DO_THING_2 DO_THING; DO_THING
#define DO_THING_4 DO_THING_2; DO_THING_2
#define DO_THING_8 DO_THING_4; DO_THING_4
#define DO_THING_16 DO_THING_8; DO_THING_8
//And so on. Max loop size increases exponentially. But so does code size if you use them. 

void do_thing_25_times(void){
    //Binary for 25 is 11001
    DO_THING_16;//ONE
    DO_THING_8;//ONE
    //ZERO
    //ZERO
    DO_THING;//ONE
}

要求优化器消除死代码并不过分。在这种情况下：

#define DO_THING_N(N) if(((N)&1)!=0){DO_THING;}\
    if(((N)&2)!=0){DO_THING_2;}\
    if(((N)&4)!=0){DO_THING_4;}\
    if(((N)&8)!=0){DO_THING_8;}\
    if(((N)&16)!=0){DO_THING_16;}

Answer 2

你不能用宏写 real 递归语句，我很确定你不能在宏中有 real 迭代还有。

不过你可以看看Order。虽然它完全构建在 C 预处理器之上，但它具有 "implements" 类似迭代的功能。它实际上最多可以有 N 次迭代，其中 N 是一个很大的数字。我猜它与 "recursive" 宏类似。无论如何，这是一种边缘情况，很少有编译器支持它（不过 GCC 就是其中之一）。

Answer 3

您可以使用预处理器并玩一些令牌连接和多个宏扩展的技巧，但您必须硬编码所有可能性：

#define M_REPEAT_1(X) X
#define M_REPEAT_2(X) X X
#define M_REPEAT_3(X) X X X
#define M_REPEAT_4(X) X X X X
#define M_REPEAT_5(X) X M_REPEAT_4(X)
#define M_REPEAT_6(X) M_REPEAT_3(X) M_REPEAT_3(X)

#define M_EXPAND(...) __VA_ARGS__

#define M_REPEAT__(N, X) M_EXPAND(M_REPEAT_ ## N)(X)
#define M_REPEAT_(N, X) M_REPEAT__(N, X)
#define M_REPEAT(N, X) M_REPEAT_(M_EXPAND(N), X)

然后像这样展开：

#define THREE 3

M_REPEAT(THREE, three();)
M_REPEAT(4, four();)
M_REPEAT(5, five();)
M_REPEAT(6, six();)

此方法需要字面数字作为计数，您不能这样做：

#define COUNT (N + 1)

M_REPEAT(COUNT, stuff();)

Answer 4

您不能使用#define 结构来计算"unroll-count"。但是如果有足够的宏，你可以这样定义：

#define LOOP1(a) a
#define LOOP2(a) a LOOP1(a)
#define LOOP3(a) a LOOP2(a)

#define LOOPN(n,a) LOOP##n(a)

int main(void)
{
    LOOPN(3,printf("hello,world"););
}

_{使用 VC2012 测试}

Answer 5

您可以使用模板展开。查看示例的反汇编 Live on Godbolt

但是-funroll-loops has the same effect for this sample.

Live On Coliru

template <unsigned N> struct faux_unroll {
    template <typename F> static void call(F const& f) {
        f();
        faux_unroll<N-1>::call(f);
    }
};

template <> struct faux_unroll<0u> {
    template <typename F> static void call(F const&) {}
};

#include <iostream>
#include <cstdlib>

int main() {
    srand(time(0));

    double r = 0;
    faux_unroll<10>::call([&] { r += 1.0/rand(); });

    std::cout << r;
}

C/C++ 中的自展开宏循环

Self-unrolling macro loop in C/C++

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