optimization - 在 fortran 中访问虚拟变量会阻止优化吗？

Question

我正在尝试优化一些 Fortran 代码并注意到一些我试图理解的令人惊讶的行为。 progb 的运行速度比 proga 快 3 到 4 倍。唯一的区别是 progb 中的赋值 "d = 2"而不是 proga 中的 "d = b"，所以天真地这些应该是等效的:

  program proga
  implicit  none

  call hist(2)
  stop
  end

  subroutine hist(b)
  implicit  none
  integer, intent(in):: b
  integer   d,i,p(200000000)

  d = b
  do i=1,200000000
     p(i) = i/d
  end do
  write(*,*) p(1)
  end


  program progb
  implicit  none

  call hist(2)
  stop
  end

  subroutine hist(b)
  implicit  none
  integer, intent(in):: b
  integer   d,i,p(200000000)

  d = 2
  do i=1,200000000
     p(i) = i/d
  end do
  write(*,*) p(1)
  end

我用“gfortran proga.f -O3”和progb 编译。这发生在 Debian 上的 gcc 4.9.2 版以及 cygwin 上的 gcc 5.4.0 版上。

当我在没有 -O3 标志的情况下编译时，它们都以相同的速度运行，所以听起来编译器也无法优化 proga。什么优化不能在 proga 上完成，为什么？

我已经为这篇文章精简了我的代码(我的实际代码做了一些有用的事情!)。常量 200000000 应该足够大以提供重要的运行时间。写入可防止循环被优化掉。

Answer 1

值 2 是一个非常特殊的值。如果编译器知道它总是被 2 除，它可以只移动位而不是进行算术计算。然而，在 progb编译器必须使用任何可能的整数值进行计数，因此必须实现实数除法，而不仅仅是位移。

因此，访问参数不会抑制任何优化。使用固定值允许进行一些特定的优化。特别是如果它是 2 的幂。

在 https://godbolt.org/z/TcJxYK 查看差异

通用版本使用

idiv    ecx

除以 2 的版本使用

shr     edx, 31
add     eax, edx
sar     eax

idiv指令比移位和加法慢得多。

对于非 2 的幂，它仍然是可优化的，但它通常还涉及算术运算，如乘法、加法和减法，而不仅仅是位移。然而，这些比除法更快。除法是一个非常缓慢的操作。

正如史蒂夫指出的那样，使用 -fwhole-program使编译器能够将所有单元编译在一起，并且它可以假设它不需要生成不需要的子例程。

顺便说一句，对于我在 godbolt 链接中使用的简化子程序，gfortran 优化了对子程序的调用，即使没有 -fwhole-program .