Question

考虑这样的例子：

if (flag)
  for (condition)
    do_something();
else
  for (condition)
    do_something_else();

如果flag循环中的for没有变化，那么这在语义上应该等同于：

for (condition)
  if (flag)
    do_something();
  else
    do_something_else();

仅在第一种情况下，代码可能会更长（例如，如果使用了多个for循环，或者do_something()是一个与do_something_else()大致相同的代码块，而在第二种情况下，标志会被多次检查。

我很好奇当前的C ++编译器（最重要的是，g ++）是否能够优化第二个示例以摆脱for循环内的重复测试。如果是这样，在什么条件下这可能？

Answer 1

是的，如果确定标志没有改变且do_something或do_something_else无法更改，则可以将其拉出循环。我听说这个称为循环提升，但维基百科有entry称为“循环不变代码运动”。

如果flags是局部变量，编译器应该能够进行此优化，因为它保证不会对生成的代码的行为产生影响。

如果flags是一个全局变量，并且你在循环中调用函数它可能不会执行优化 - 它可能无法确定这些函数是否修改了全局变量。

这也可能受到您所做的优化的影响 - 优化尺寸会有利于非提升版本，而优化速度可能会有利于提升版本。

一般情况下，这不是你应该担心的事情，除非分析告诉你该函数是一个热点，并且你看到通过遍历程序集编译输出实际生成的代码效率低于。像这样的微优化你应该总是留给编译器，除非你绝对必须。

Answer 2

尝试使用GCC和-O3：

void foo();
void bar();

int main()
{
    bool doesnt_change = true;
    for (int i = 0; i != 3; ++i) {
        if (doesnt_change) {
            foo();
        }
        else {
            bar();
        }
    }
}

主要结果：

_main:
pushl   %ebp
movl    %esp, %ebp
andl    $-16, %esp
call    ___main
call    __Z3foov
call    __Z3foov
call    __Z3foov
xorl    %eax, %eax
leave
ret

因此它确实优化了选择（并展开较小的循环）。

如果doesnt_change是全局的，则不会进行此优化。

Answer 3

我确定编译器是否可以确定该标志是否保持不变，它可以进行一些改组：

const bool flag = /* ... */;
for (..;..;..;)
{
    if (flag)
    {
        // ...
    }
    else
    {
        // ...
    }
}

如果flag不是const，编译器不一定能优化循环，因为它不能确定flag不会改变。我认为，如果它进行静态分析，但并非所有编译器都能进行静态分析。 const是告诉编译器标志不会改变的可靠方法，之后由编译器决定。

像往常一样，查看并确定它是否真的存在问题。

Answer 4

一般来说，是的。但是没有保证，编译器可以做到的地方可能很少见。

大多数编译器没有问题的做法是将不可变的评估从循环中提升，例如：如果你的情况是

if (a<b) ....

当a和b不受循环影响时，将在循环之前进行一次比较。

这意味着如果编译器可以确定条件没有改变，那么测试便宜且跳跃预测。这反过来意味着测试本身需要一个周期或根本没有周期（真的）。

在哪些情况下分割循环会有益吗？

a）非常紧凑的循环，其中1个循环是显着的成本
b）包含两个部分的整个循环不适合代码缓存

现在，编译器只能对代码缓存做出假设，并且通常可以按照一个分支适合缓存的方式对代码进行排序。

没有任何测试，我认为a）是应用这种优化的唯一情况，因为它总是更好的选择：

在哪种情况下拆分循环会不好？

当分割循环增加代码大小超出代码缓存时，您将受到重大影响。现在，只有在另一个循环中调用循环本身时才会影响你，但这是编译器通常无法确定的。

<强> [编辑]
我无法让VC9拆分以下循环（少数可能实际上有益的情况之一）

extern volatile int vflag = 0;

int foo(int count)
{
   int sum = 0;
   int flag = vflag;
   for(int i=0; i<count; ++i)
   {
      if (flag)
         sum += i;
      else
         sum -= i;
   }

   return sum;
}

[编辑2]
请注意，对于int flag = true;，第二个分支确实会被优化掉。（并且不，const在这里没有区别;））

这是什么意思？要么它不支持，那没关系，我的分析是错误的;-)

一般来说，我认为这是一种仅在极少数情况下有价值的优化，并且可以在大多数情况下轻松完成。

Answer 5

正如许多人所说：这取决于。

如果你想确定，你应该尝试强制编译时决定。模板通常会派上用场：

for (condition)
  do_it<flag>();

Answer 6

它被称为循环不变，优化称为循环不变代码运动以及代码提升。它在条件中的事实肯定会使代码分析变得更复杂，编译器可能会或可能不会反转循环和条件，具体取决于优化器的巧妙程度。

对于此类问题的任何特定情况都有一般性答案，那就是编译程序并查看生成的代码。

Answer 7

我会谨慎地说它会。是否可以保证该值或其他线程不会修改该值？

也就是说，代码的第二个版本通常更具可读性，它可能是在代码块中进行优化的最后一个版本。

C ++编译器可以优化“for”循环中的“if”语句吗？

7 个答案: