优化后续调用整数除法和模(余数)

Question

整数除法/和模%运算通常在编程中一起使用,有时甚至在相同的操作数和后续行中使用.例如,下面的C函数是一个简单的函数,它将/2个数字的结果与它们的结果相加%,就是这样:

int sum2digits(int x, int base) {
    int n, m;
    n = x / base;
    m = x % base;
    return n + m;
}

据我所知,双方/并%通过(在x86)的同一台机器的指令执行.说,如果为整数除法(执行机器指令div或idiv两个数字的),a和b,然后之后的值a / b将被存储在寄存器EAX,其余a % b在EDX.
我想知道编译器是否利用了这种质量并看了一下汇编代码.事实证明,使用gcc进行正常编译并不能优化:

push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x14(%rbp)
mov    %esi,-0x18(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,%edx
sar    $0x1f,%edx
idivl  -0x18(%rbp)
mov    %eax,-0x8(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,%edx
sar    $0x1f,%edx
idivl  -0x18(%rbp)
mov    %edx,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%edx
add    %edx,%eax
pop    %rbp
retq   

此汇编代码对idivl执行2次后续调用,但每次从另一个寄存器读取结果(商用EAX,余数为EDX).但是,通过-O更改图片进行编译:

mov    %edi,%eax
mov    %edi,%edx
sar    $0x1f,%edx
idiv   %esi
add    %edx,%eax
retq  

此代码idiv只调用一次,并将其值用于两个计算.
为什么这种优化不是默认的？div连续两次调用有什么用？这种优化能否以任何方式改变程序的行为？
另外,也许更重要的是,作为程序员,有没有办法手动提取这两个值(商和余数),保证CPU只执行1个整数除法？

Answer 1

为什么这种优化不是默认的？

如果编译器和优化器是完美的，并且调试器可以对代码进行逆向工程，那么优化将成为普遍的默认设置。但是编译器并不总是生成正确的代码，优化器并不总是保留语义，调试器也不总是能够找出任何给定指令与优化程序的哪些部分相关。看起来您的编译器安装时已经预设了默认选项，以保证绝对安全和调试简单。

有没有办法手动提取这 2 个值（商和余数），保证 CPU 只执行 1 次整数除法？

如今，最好的方法正是您所做的：向编译器询问优化的代码。该div例程是从前几天遗留下来的，当时除法运算符的结果是为负数定义的实现，并且优化编译非常慢，以至于识别这样的事情最好手动完成。