这是优化者的怪癖还是禁止优化的语言规则的结果？

Question

我正在使用编译器资源管理器,发现这两个函数在gcc和clang中生成不同的程序集.我预计在内联后它们会产生相同的表达树,因此会产生相同和最佳的装配.

constexpr bool is_nonzero_decimal_digit(char const c) noexcept
{
    return c == '1' || c == '2' || c == '3' || c == '4' || c == '5'
        || c == '6' || c == '7' || c == '8' || c == '9';
}

bool is_decimal_digit_v1(char const c) noexcept
{
    return c == '0' || is_nonzero_decimal_digit(c);
}

bool is_decimal_digit_v2(char const c) noexcept
{
    return c == '0' || c == '1' || c == '2' || c == '3' || c == '4' 
        || c == '5' || c == '6' || c == '7' || c == '8' || c == '9';
}

Clang 3.9.1 -std = c ++ 1z -O3结果

is_decimal_digit_v1(char):
    cmp     dil, 48
    sete    cl
    add     dil, -49
    cmp     dil, 9
    setb    al
    or      al, cl
    ret

is_decimal_digit_v2(char):
    add     dil, -48
    cmp     dil, 10
    setb    al
    ret

gcc 6.3 -std = c ++ 1z -O3结果

is_decimal_digit_v1(char):
    cmp     dil, 48
    je      .L3
    sub     edi, 49
    cmp     dil, 8
    setbe   al
    ret
.L3:
    mov     eax, 1
    ret

is_decimal_digit_v2(char):
    sub     edi, 48
    cmp     dil, 9
    setbe   al
    ret

那么,这是优化者的怪癖还是禁止优化的语言规则的结果？

Answer 1

这是 gcc < 7.0 和 clang 优化器的一个怪癖。正如 Cornstalks 在评论中指出的那样，gcc 7.0 能够生成最佳的汇编。我还检查了 VC++ 2015，它也这样做：

is_decimal_digit_v2:
    sub    cl, 48
    cmp    cl, 9
    setbe  al
    ret    0
is_decimal_digit_v1:
    sub    cl, 48
    cmp    cl, 9
    setbe  al
    ret    0

正如 TC 所指出的，内联是在一些优化通过之后执行的，在这个特定的代码中，将比较链合并到更简单的范围检查中。在内联之前这样做很有用，可以使叶函数更小，从而增加它们被内联的机会。基本上，v1 函数被转换成这样：

bool is_decimal_digit_v3(char const c) noexcept
{
    if (c == 48) return true;
    // this is what was inlined
    char tmp = c - 49;
    return tmp >= 0 && tmp < 9;
}

而 v2 被转换为更简单的形式：

bool is_decimal_digit_v4(char const c) noexcept
{
  char tmp = c - 48;
  return tmp >= 0 && tmp < 10;
}

v3 生成的程序集与 v1 生成的程序集类似

#clang 3.9.1
is_decimal_digit_v3(char):               # @is_decimal_digit_v3(char)
    cmp     dil, 48
    sete    cl
    add     dil, -49
    cmp     dil, 9
    setb    al
    or      al, cl
    ret
# gcc 6.3
is_decimal_digit_v3(char):
    cmp     dil, 48
    je      .L8
    sub     edi, 49
    cmp     dil, 8
    setbe   al
    ret
.L8:
    mov     eax, 1
    ret

我想，要将 v3 转换为 v4，需要一些 gcc 7.0 能够做到的重要分析。此版本为所有四个片段生成完全相同的程序集：

is_decimal_digit_v1(char):
    sub     edi, 48
    cmp     dil, 9
    setbe   al
    ret
is_decimal_digit_v2(char):
    sub     edi, 48
    cmp     dil, 9
    setbe   al
    ret
is_decimal_digit_v3(char):
    sub     edi, 48
    cmp     dil, 9
    setbe   al
    ret
is_decimal_digit_v4(char):
    sub     edi, 48
    cmp     dil, 9
    setbe   al
    ret

有趣的是，VC++2015 无法将 v3 转换为 v4 并生成此程序集：

is_decimal_digit_v3:
    cmp    cl, 48
    jne    SHORT $LN2@is_decimal
    mov    al, 1
    ret    0
$LN2@is_decimal:
    xor    eax, eax
    sub    cl, 49
    cmp    cl, 8
    setbe  al
    ret    0

如果我不得不猜测，我会说它为 v1 生成最佳代码而不是 v3 的原因是因为它在减少与范围检查的比较之前进行内联。