c++ - 禁用优化后 quick-bench.com 上的基准测试速度要快得多

Question

我创建了一个非常简单的基准测试来说明短字符串优化，并在 quick-bench.com 上运行它。该基准测试在比较禁用/启用 SSO 的字符串类方面非常有效，结果与 GCC 和 Clang 非常一致。然而，我意识到当我禁用优化时，报告的时间比启用优化(-O2 或 -O3)观察到的时间快 4 倍左右，GCC 和 clang 。

基准在这里:http://quick-bench.com/DX2G2AdxUb7sGPE-zLRa41-MCk0 .

知道什么可能导致未优化的基准运行速度快 4 倍吗？

不幸的是，我看不到生成的程序集；不知道问题出在哪里(选中“记录反汇编”框但对我的运行没有影响)。此外，当我使用 Google Benchmark 在本地运行基准测试时，结果符合预期，即优化后的基准测试运行得更快。

我还尝试在 Compiler Explorer 中比较这两种变体，未优化的变体似乎执行了更多的指令:https://godbolt.org/z/I4a171 .

Answer 1

因此，正如评论中所讨论的那样，问题在于 quick-bench.com 并未显示基准测试代码的绝对时间，而是相对于无操作基准测试所用时间的时间。空操作基准可以在 quick-bench.com 的源文件中找到:

static void Noop(benchmark::State& state) {
    for (auto _ : state) benchmark::DoNotOptimize(0);
}

一次运行的所有基准测试都是一起编译的。因此，优化标志也适用于它。

Reproducing and comparing the no-op benchmark for different optimization levels可以看到，从 -O0 到 -O1 版本大约有 6 到 7 倍的加速。当比较使用不同优化标志完成的基准测试运行时，必须考虑基线中的这个因素来比较结果。因此，在问题的基准测试中观察到的 4 倍加速不仅仅是补偿，而且行为确实符合人们的预期。

-O0 和 -O1 之间的空操作编译的一个主要区别是对于 -O0 有一些断言和google-benchmark 代码中的其他附加分支，已针对更高的优化级别进行了优化。

此外，在 -O0 循环的每次迭代都会多次加载到寄存器、修改和存储到 state 的内存部分，例如用于递减循环计数器和循环计数器上的条件，而 -O1 版本会将 state 保存在寄存器中，从而无需在循环中加载/存储内存。前者要慢得多，每次迭代至少需要几个周期来进行必要的存储转发和/或从内存中重新加载。