c - 优化后续调用整数除法和取模(余数)

Question

整数除法 / 和取模 % 运算在编程中经常一起使用，有时甚至在相同的操作数和后续行中使用。例如，下面的 C 函数是一个简单的函数，它将 2 个数字的 / 的结果与其 % 的结果相加，就是这样做的:

int sum2digits(int x, int base) {
    int n, m;
    n = x / base;
    m = x % base;
    return n + m;
}

据我所知，/ 和 % 都是由相同的机器指令执行的(在 x86 中)。比方说，如果您对两个数字 a 和 b 执行整数除法(div 或 idiv)的机器指令>，然后 a/b 的值将存储在寄存器 EAX 中，余数 a % b 存储在 EDX 中。
我想知道编译器是否利用了这种质量并查看了汇编代码。事实证明，使用 gcc 进行正常编译并不能优化这一点:

push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x14(%rbp)
mov    %esi,-0x18(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,%edx
sar    $0x1f,%edx
idivl  -0x18(%rbp)
mov    %eax,-0x8(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,%edx
sar    $0x1f,%edx
idivl  -0x18(%rbp)
mov    %edx,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%edx
add    %edx,%eax
pop    %rbp
retq   

此汇编代码对 idivl 进行了 2 次后续调用，但每次都从另一个寄存器读取结果(EAX 表示商，EDX 表示余数)。但是，使用 -O 进行编译会改变图片:

mov    %edi,%eax
mov    %edi,%edx
sar    $0x1f,%edx
idiv   %esi
add    %edx,%eax
retq  

此代码仅调用一次 idiv，并在两次计算中使用它的值。
为什么这种优化不是默认的？连续两次调用div有什么用？这种优化能否以任何方式改变程序的行为？
此外，也许更重要的是，作为程序员，是否有一种方法可以手动提取这 2 个值(商和余数)以保证 CPU 仅执行 1 次整数除法？

Answer 1

Why isn't this kind of optimization a default?

如果编译器和优化器是完美的并且调试器可以对代码进行逆向工程，那么优化将成为普遍的默认设置。但是编译器并不总是生成正确的代码，优化器并不总是保留语义，调试器也不能总是找出任何给定指令与优化程序的哪些部分相关。看起来您的编译器安装了默认选项，以确保绝对安全和调试简单。

is there a way to manually extract these 2 values (quotient and remainder) guaranteeing that only 1 integer division is performed by the CPU?

现在最好的方法就是你所做的:向编译器询问优化代码。 div 例程是从除法运算符的结果被定义为负数的日子以来的遗留物，并且优化编译非常缓慢以至于识别这样的事情最好手动完成。