gcc - 了解 gcc 生成的优化汇编代码

Question

我试图了解 gcc 在设置 -O3 标志时执行了什么样的优化。我很困惑这两行是什么，

xor %esi, %esi
lea 0x0(%esi), %esi

在我看来这是多余的。在这里使用 lea 指令有什么意义？

Answer 1

该指令用于填充空间以进行对齐。当循环从对齐的地址开始时会更快，因为处理器将内存以块的形式加载到解码器中。通过对齐循环和函数的开头，它们更有可能位于这些块之一的开头。这可以防止加载以前不会使用的指令，最大化未来指令的数量，并且可能最重要的是，确保第一条指令完全在第一个块中，因此执行它不需要两次加载.

编译器知道最好对齐循环，并且有两个选项可以这样做。它可以跳转到循环的开头，也可以用无操作来填补空白，让处理器通过它们。跳转指令会破坏指令流，并经常在现代处理器上造成周期浪费，因此不必要地添加它们是不可取的。对于这样的短距离，无操作更好。

x86 体系结构包含一条专门用于什么都不做的指令，nop. 但是，这是一个字节长，因此对齐循环需要不止一个字节。解码每个指令并决定它什么都不做需要时间，因此简单地插入另一个没有副作用的更长指令会更快。因此，编译器插入了lea您看到的指令。它绝对没有任何影响，并且由编译器选择以具有所需的确切长度。事实上，最近的处理器有标准的多字节无操作指令，所以这很可能在解码过程中被识别出来，甚至永远不会被执行。

Answer 2

正如 ughoavgfhw 所解释的 - 这些是用于更好地对齐代码的填充。您可以lea在以下链接中找到它 -

http://mail.openjdk.java.net/pipermail/hotspot-compiler-dev/2010-September/003881.html

引用：

  1-byte: XCHG EAX, EAX
  2-byte: 66 NOP
  3-byte: LEA REG, 0 (REG) (8-bit displacement)
  4-byte: NOP DWORD PTR [EAX + 0] (8-bit displacement)
  5-byte: NOP DWORD PTR [EAX + EAX*1 + 0] (8-bit displacement)
**6-byte: LEA REG, 0 (REG) (32-bit displacement)**
  7-byte: NOP DWORD PTR [EAX + 0] (32-bit displacement)
  8-byte: NOP DWORD PTR [EAX + EAX*1 + 0] (32-bit displacement)
  9-byte: NOP WORD  PTR [EAX + EAX*1 + 0] (32-bit displacement)

另请注意这个 SO 问题更详细地描述它 - NOPL 在 x86 系统中做了什么？

请注意，xor 本身不是 nop（它会更改 reg 的值），但执行起来也非常便宜，因为它是一个零习语 -将寄存器与自身进行异或的目的是什么？