c++ - 编译器可以优化多个相同的函数调用吗

Question

关于 SO 上“冗余函数调用”的编译器优化有很多问题和很好的答案(我不会发布链接)，但是，我找不到关于多个相同函数调用的任何内容在 SO 上。

假设我有这样的代码片段:

void fairlyComplexFunction(const double &angle)
{
    //do stuff and call "sin(angle)" very often in here
}

调用 sin(angle)是一个相当昂贵的操作，因为angle是 fairlyComplexFunction 范围内的常量正弦函数的每次调用最终都会得到相同的结果，因此只调用一次会是更好的方法:

void fairlyComplexFunction(const double &angle)
{
    const double sineOfAngle = sin(angle);
    //do stuff and use sineOfAngle very often in here
}

编译器是否能够以任何方式检测此类事情并为我优化它，或者第二个示例是更好的方法？

Answer 1

如评论中所述，如果编译器能够检测到被调用函数是一个纯函数(没有副作用，没有 i/o，.. .).

一个使用 g++ 的小例子 ( https://godbolt.org/g/2b3Vgg):

#include <cmath>

extern double g (double);

template <double (*F) (double)>
double f1 (double angle) {
  double x = 3 * F(angle) + F(angle);
  double y = F(angle) + F(angle) * F(angle);
  return x + y * F(angle);
}

template double f1<sin> (double);
template double f1<g> (double);

在 f1 中，您可以多次调用 F 函数和两个实例:

• 一个带有 std::sin - 任何理智的编译器都应该将其视为纯函数。
• 具有不能被视为纯函数的 extern 函数。

如果您查看生成的程序集*:

double f1<&sin>(double):
        subq    $8, %rsp
        call    sin
        ...
        ret

double f1<&(g(double))>(double):
        subq    $40, %rsp
        movsd   %xmm0, (%rsp)
        call    g(double)
        movsd   %xmm0, 8(%rsp)
        movsd   (%rsp), %xmm0
        call    g(double)
        movsd   8(%rsp), %xmm1
        mulsd   .LC0(%rip), %xmm1
        ...
        call    g(double)
        movsd   %xmm0, 16(%rsp)
        movsd   (%rsp), %xmm0
        call    g(double)
        movsd   %xmm0, 24(%rsp)
        movsd   (%rsp), %xmm0
        call    g(double)
        mulsd   24(%rsp), %xmm0
        movsd   16(%rsp), %xmm2
        ...
        call    g(double)
        mulsd   16(%rsp), %xmm0
        addsd   8(%rsp), %xmm0
        ...

你看到在sin的实例化中，g++只调用了一个函数(call sin)，而在g的实例化中，你有 6 个电话。

所以是，编译器可能会针对多次调用纯函数做一些优化，但我不会依赖它**并使用显式中间变量，就像在你的第二个例子。

* 我删除了大部分生成的指令，但显示了所有 call 指令。

** clang 即使使用 -O3 也不会对此进行优化(但它会使用 -ffast-math)。