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看过前面的问题12后,我想知道是否可以强制编译器对以下打印素数的代码执行常量折叠。

#include <iostream>

using namespace std;

inline bool is_prime(int n)
{
    if(n<2)
        return false;
    for(int i=2;i*i<=n;i++)
        if(n%i==0)
            return false;
    return true;
}

int main()
{
    for(int i=0;i<20;i++)
        if(is_prime(i))
            cout<<i<<endl;
    return 0;
}

我通过以下方式构建它:

g++ -O3 -S main.cpp -o main.asm

结果有几个:

2,3,5,7,11,13,17,19

我想强制编译器查看类似于

for(int x:{2,3,5,7,11,13,17,19})
    cout<<x<<endl;

或者

cout<<  2 <<endl;
cout<<  3 <<endl;
cout<<  5 <<endl;
cout<<  7 <<endl;
cout<< 11 <<endl;
cout<< 13 <<endl;
cout<< 17 <<endl;
cout<< 19 <<endl;

但是阅读程序集表明没有发生任何事情。

我什至用过__builtin_expect,但没有用。

有没有办法强制编译器优化器读取for循环并利用输出数据已知的优势?

我想在不使用模板元编程的情况下做到这一点。

PS。 我的真正目的只是测试编译器,而不是计算素数的有效方法。我只是想向我的朋友炫耀 C++ 编译器有多么强大。


如果分离is_prime是关注的问题,我将所有内容都放在 main 中并且没有观察到差异:

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    for(int n=2;n<20;n++)
    {
        bool is_prime=true;
        for(int i=2;i*i<=n;i++)
            if(n%i==0)
            {
                is_prime=false;
                break;
            }
        if(is_prime)
            cout<<n<<endl;
    }
    return 0;
}

甚至还有一个示例仍然不能为编译器提供任何借口:

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int prime_after6000()
{
    int n=6000;
    do
    {
        bool is_prime=true;
        for(int i=2;i*i<=n;i++)
            if(n%i==0)
            {
                is_prime=false;
                break;
            }
        if(is_prime)
            return n;
        n++;
    }while(true);
}

int main()
{
    cout<<prime_after6000()<<endl;
    return 0;
}

部件:

...
main:
.LFB1907:
    .cfi_startproc
    subq    $8, %rsp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    movl    $6000, %esi   ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; bad
.L18:
    testb   $1, %sil
    je  .L15
    movl    $2, %ecx
    jmp .L16
    .p2align 4,,10
    .p2align 3
.L17:
    movl    %esi, %eax
    cltd
    idivl   %ecx
    testl   %edx, %edx
    je  .L15
.L16:
    addl    $1, %ecx
    movl    %ecx, %eax
    imull   %ecx, %eax
    cmpl    %esi, %eax
    jle .L17
    movl    $_ZSt4cout, %edi
    call    _ZNSolsEi
    movq    %rax, %rdi
    call    _ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_
    xorl    %eax, %eax
    addq    $8, %rsp
    .cfi_remember_state
    .cfi_def_cfa_offset 8
    ret
    .p2align 4,,10
    .p2align 3
.L15:
    .cfi_restore_state
    addl    $1, %esi
    jmp .L18
    .cfi_endproc
.LFE1907:
    .size   main, .-main
    .p2align 4,,15
    .type   _GLOBAL__sub_I__Z15prime_after6000v, @function
_GLOBAL__sub_I__Z15prime_after6000v:
...
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1 回答 1

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这里对编译器存在根本性的误解。让我们仔细检查您编写的程序,并考虑您期望编译器为您做什么。

该程序的主要特点是它不接受任何输入,而是通过写入cout. 请记住,该is_prime函数不是编译器内在函数;编译器将其视为另一个函数。这很重要,我稍后再谈。

现在编译器将如何按照您描述的方式转换程序?它怎么能做这样的事情?也就是说,编译器如何将这两个嵌套循环转换为将整数写入的简单语句序列cout?它可能做到这一点的唯一方法是执行程序以找出需要写入的所有值cout

这没有任何意义,不是吗?让我们在这里看大局,考虑所有具有相同特征的程序(或语句序列);那些不接受任何输入但发出输出的人。问题会变成:为什么编译器不执行源代码而只是发出写入输出值的代码?由于以下原因:

  • 如果程序执行时间过长怎么办?如果其中有一个错误导致它运行了意想不到的时间怎么办?甚至无法保证程序会停止。编译器到底应该做什么?
  • 最终,编译器的目的不是执行源代码,而是发出功能上等效的、可能经过优化的本机代码。毕竟,如果程序不接受任何输入(如您的代码),您可以轻松地编译代码并运行一次以查看输出。无论如何,代码都必须由编译器或通过运行可执行二进制文件来执行,并且无论哪种方式都将花费相同的时间。在这两种情况下,都必须编译和执行代码。所以这样的优化并没有增加真正的价值。但是,这与模板相反,模板旨在在编译时由编译器简化为常规代码。此外,解释将是此类程序更好的执行模型。您不想为编译代码而烦恼吗?继续使用 Python 解释器或任何解释器。
  • 一般来说,实施这种优化可能很困难或不可能。如果用于发出输出的机制具有可以改变未来输出值的副作用怎么办?编译器并不完全知道当您写入cout. 标准输出流可以重定向到一些奇怪的东西。因此,不接受任何输入的程序不一定更容易让编译器优化。

也就是说,可以在非常有限的时间内评估的简单代码片段确实由编译器评估。这种优化称为常量折叠。对程序状态没有任何影响的代码片段可以在不执行的情况下被删除。例如,如果您删除cout<<i<<endl;了 ,编译器只会优化其余代码。这称为死代码消除。编译器进行这些优化是因为它们可以由编译器以系统的方式完成,并且因为它们在实际代码库上非常有效。

但是如果is_prime函数是编译器内在函数会发生什么?在这种情况下,编译器可能会有一个内置的常用素数表和一个非常快速的素数测试实现。然后,您可以期望编译器loop在 main 函数中多次展开,甚至完全展开,只包含输出语句,基本上执行您正在寻找的转换。

于 2018-02-18T18:23:09.603 回答