優(yōu)化C++代碼（3）常量合并
這篇文章講的是常量合并，這是VC++編譯器最簡(jiǎn)單的優(yōu)化之一。 這種優(yōu)化，是指編譯器在編譯時(shí)(編譯期間)直接計(jì)算出表達(dá)式的結(jié)果，在生成的代碼中直接用計(jì)算結(jié)果替換表達(dá)式。 這樣就避免了程序在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行這些計(jì)算花費(fèi)的成本。
下面是一個(gè)例子 APP.cpp文件中的 main 函數(shù)：
- int main() { return 7 + 8; }
首先，關(guān)于這篇文章的一些須知：
- 我們將從命令行來構(gòu)建程序(而不是Visual Studio)
- 我們會(huì)使用Visual Studio 2012。 特別注意的是，這個(gè)版本的編譯器會(huì)產(chǎn)生x64位代碼（而不是已經(jīng)過時(shí)的x86架構(gòu)）在64位機(jī)子上編譯。
如果你想要繼續(xù)，請(qǐng)看下說明。實(shí)際上，你只需要從Visual Studio 列表里選擇一個(gè)正確的變體。
（注意：如果你正在使用Visual Studio Express上的免費(fèi)編譯器，它僅僅只能運(yùn)行在x86上，但是也會(huì)順利生成x64的代碼。對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)同樣有用。）
我們可以通過命令 CL /FA App.cpp來構(gòu)建示例程序。用/FA開關(guān)創(chuàng)建一個(gè)輸出文件，用來保存編譯器生成的匯編代碼，可以輸入type App.asm來顯示：
- PUBLIC main
- _TEXT SEGMENT
- main PROC
- mov eax, 15
- ret 0
- main ENDP
- _TEXT ENDS
- END
有趣的是這條指令 move ax,15—-僅僅將15賦值給寄存器EAX(根據(jù)x64調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的定義，x64函數(shù)將會(huì)設(shè)置一個(gè)int值，作為函數(shù)的結(jié)果，并返回給調(diào)用者)。編譯器運(yùn)行期間并沒有發(fā)出 7加8的指令。就像下面這樣：
- PUBLIC main
- _TEXT SEGMENT
- main PROC
- mov eax, 7
- add eax, 8
- ret 0
- main ENDP
- _TEXT ENDS
- END
（注意看了，這兩段代碼的***一條指令，ret 0，是指將控制權(quán)返回給調(diào)用者，并從棧里彈出0個(gè)字節(jié)。不要被誤導(dǎo)認(rèn)為是返回?cái)?shù)值0給調(diào)用者?。?/p>
我猜到，你可能在想：這很好啊，但是哪個(gè)白癡會(huì)想到在代碼里寫 7+8 這樣的運(yùn)算？的確，你是對(duì)的，但是編譯器會(huì)把這樣的結(jié)構(gòu)看成是有副作用的宏?？戳讼旅娴睦樱憔蜁?huì)明白常量合并是一個(gè)很有用的優(yōu)化方法：
- #define SECS_PER_MINUTE 60
- #define MINUTES_PER_HOUR 60
- #define HOURS_PER_DAY 24
- enum Event { Started, Stopped, LostData, ParityError };
- struct {
- int clock_time;
- enum Event ev;
- char* reason;
- } Record;
- int main() {
- const int table_size = SECS_PER_MINUTE * MINUTES_PER_HOUR * HOURS_PER_DAY * sizeof Record;
- // rest of program
- }
我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)足夠大的表保存每一秒的記錄，所以table_size就是表的大小，用字節(jié)表示。很容易查看變量table_size的匯編指令：
- mov DWORD PTR table_size$[rsp], 1382400 ; 00151800H
這兒沒有乘法指令，60*60*24*16=1382400 是在編譯時(shí)計(jì)算的。
事實(shí)上，我們窺探下編譯器的內(nèi)部，會(huì)發(fā)現(xiàn)這種常量合并的運(yùn)算非常簡(jiǎn)單，它是由前端來執(zhí)行的。它并不需要后端優(yōu)化器笨重的提升能力。所以它總是存在的。不管你是開啟優(yōu)化（使用 /O2）或者關(guān)閉優(yōu)化（/Od）都沒什么區(qū)別—–該優(yōu)化總是自動(dòng)執(zhí)行的。
不管表達(dá)式有多復(fù)雜，我們都能在編譯期間進(jìn)行常量合并嗎？—事實(shí)上，前端可以處理任意的常量算術(shù)表達(dá)式（甚至包括上面提到的sizeof，只要它們?cè)诰幾g時(shí)能被計(jì)算出來）和運(yùn)算符（+ - * / % << >> ++ 和 –）。你甚至可以使用布爾值，邏輯運(yùn)算符 和條件運(yùn)算符if AND ？：。
有沒有常量合并需要后端優(yōu)化器的時(shí)候呢？當(dāng)然有，看下面的例子：
- int bump(int n) { return n + 1; }
- int main() { return 3 + bump(6); }
輸入命令cl /FA /Od App.cpp，會(huì)得到信息：不能優(yōu)化，謝謝！，輸入 App.asm，我們會(huì)得到：
- mov ecx, 6
- call ?bump@@YAHH@Z ; bump
- add eax, 3
正如我們所預(yù)料的： ECX會(huì)保存***個(gè)參數(shù)6，根據(jù)x64調(diào)用約定，然后調(diào)用bump函數(shù)，結(jié)果返回給EAX，然后EAX再加3。
我們來看看如果我們使用 cl /FA /O2 App.cpp 來進(jìn)行優(yōu)化，會(huì)發(fā)生什么。
- mov eax,10
后端優(yōu)化器已經(jīng)識(shí)別到bump函數(shù)很小，可以包含到調(diào)用者里（我們?cè)诤竺娴恼鹿?jié)將會(huì)講到這種優(yōu)化方法，叫做內(nèi)聯(lián)函數(shù)）。它在編譯時(shí)就能夠估算出整個(gè)表達(dá)式的值，***只剩下一條單指令。很神奇，對(duì)吧？
原文鏈接：http://blogs.msdn.com/b/vcblog/archive/2013/07/04/optimizing-c-code-constant-folding.aspx
