Question

在C或C ++中，如果编译器遇到for循环，其中计数器从0计数到n，而n是变量（不是函数调用，以及 NOT A CONSTANT ，编译器是否会优化循环，检查变量n（绑定变量）是否会在循环期间被更改（访问以进行写入，例如：n可以是在循环之前计算的字符串长度，通过优化这里我的意思是将其值复制到寄存器以避免内存访问？

以下是一个例子：

for (int c = 0; c < n; c++) {
    // do something not related to n
}

编译器会注意到并优化它吗？

Answer 1

c / c ++编译器会通过检查变量n（绑定变量）是否会在循环期间更改来优化循环

＆＃34; as-if＆＃34;规则允许编译器重新排序或重写代码，只要可观察的效果是＆＃34;好像＆＃34;它执行了你写的代码。

此处的关键字是＆＃34;可观察＆＃34;。除非可以证明n在执行循环体期间不能改变，否则循环必须为每次迭代重新计算c < n。

如果编译器可以访问循环中的所有代码（例如，它在同一编译单元中定义，或者全局优化在链接期间具有另一种外观，则n永远不会被别名一个引用或指针）然后它很可能证明n没有改变。

在这种情况下，你不应该对以某种方式优化循环感到惊讶。

Answer 2

结果取决于正在使用的编译器。

编译器可以使用n的处理器寄存器，您仍然可以在循环内修改n。无论如何，最小化的优化是可能的。

将变量的值放在处理器寄存器中可能会导致＆＃39;别名＆＃39;问题如果你有一个指向n的指针，你使用指针间接改变n的值。

例如：

int n = 4;
int *nptr = &n;
for(int i = 0; i < n; ++i)
  --*nptr;

编译器必须知道nptr是n的别名，因此必须在每次访问时从内存中读取n，但在许多情况下编译器根本无法知道n和nptr之间的关系。

您可以使用volatile关键字来阻止编译器优化变量（即volatile int n = 4;）

Answer 3

您应该尝试编译并自己查看。编译器中的优化取决于几个方面。

无论如何，为了回答你的问题，我唯一能做的就是为你提供一个与你相似的具体案例。

代码很简单：

#include <string>

int main(int argc, char *argv[]) {
  std::string str = "this_is_a_string";
  int size = str.size();
  for (int i = 0; i < size; ++i) {
    str += std::to_string(i);
  }
  return 0;
}

结果汇编代码是（针对不同的优化级别）：

GCC 6.2 -O0

 movl   $0x0,-0x14(%rbp)    // int i = 0;
 mov    -0x14(%rbp),%eax    // load i into the register
 cmp    -0x18(%rbp),%eax    // load size and compare with i in the register
 jge    401317 <main+0x91>  // jump if >=

GCC 6.2 -O1

 // initialization up
 add    $0x1,%ebx         // ++i (now i is stored in register)
 cmp    %ebx,-0x5c(%ebp)  // compare i and size (which is load from memory)
 je     0x80488a3 <main(int, char**)+136>  // jump if = (and not >=)

GCC 6.2 -O2

相同-O1。

Here使用过的代码和程序集。

Answer 4

是的，至少GCC和大多数其他编译器都会这样做。如果您尝试查看for循环变量是什么，那么当您使用-O1或更高版本进行编译时，调试器会说该变量已经过优化。当然，编译器不需要这样做。这就是标准所说的。

for语句

for ( for-init-statement conditionopt; expressionopt) statement

相当于

{
for-init-statement
    while ( condition ) {
    statement
    expression ;
    }
}

编译器会为循环优化吗？

4 个答案:

GCC 6.2 -O0

GCC 6.2 -O1

GCC 6.2 -O2