为什么生成的程序集在内联返回和内联复制之间不相等？

Question

我有一个小结构:

pub struct Foo {
    pub a: i32,
    pub b: i32,
    pub c: i32,
}

我在表单中使用了一对字段(a,b) (b,c) (c,a).为了避免重复代码,我创建了一个实用程序函数,它允许我迭代对:

fn get_foo_ref(&self) -> [(&i32, &i32); 3] {
    [(&self.a, &self.b), (&self.b, &self.c), (&self.c, &self.a)]
}

我必须决定是否应该将值作为引用返回或复制i32.后来,我计划切换到非Copy类型而不是i32,所以我决定使用引用.我期望得到的代码应该是等价的,因为所有内容都将被内联.

我对优化一般都很乐观,所以我怀疑使用这个函数时代码与手写代码示例相比是等效的.

首先使用函数的变体:

pub fn testing_ref(f: Foo) -> i32 {
    let mut sum = 0;

    for i in 0..3 {
        let (l, r) = f.get_foo_ref()[i];

        sum += *l + *r;
    }

    sum
}

然后是手写的变体:

pub fn testing_direct(f: Foo) -> i32 {
    let mut sum = 0;

    sum += f.a + f.b;
    sum += f.b + f.c;
    sum += f.c + f.a;

    sum
}

令我失望的是,所有3种方法都产生了不同的汇编代码.对于带引用的情况生成了最差的代码,最好的代码是根本没有使用我的实用程序功能的代码.这是为什么？在这种情况下编译器不应该生成等效的代码吗？

您可以在Godbolt上查看生成的汇编代码 ; 我也有来自C++的'等效' 汇编代码.

在C++中,编译器在get_foo和之间生成了等效代码get_foo_ref,虽然我不明白为什么所有3种情况的代码都不相等.

为什么编译器没有为所有3个案例生成等效代码？

更新:

我稍微修改了代码以使用数组并添加一个直接案例.
带有f64的Rust版本和带有f64和数组的数组
C++版本
这次在C++中生成的代码完全相同.然而,Rust'组件不同,并且通过引用返回导致更糟糕的组装.

好吧,我想这是另一个例子,没有什么可以被视为理所当然.

Answer 1

TL;DR：微基准测试是有技巧的，指令数并不能直接转化为高/低性能。

后来，我打算切换到非复制类型而不是 i32，所以我决定使用引用。

然后，您应该检查生成的程序集是否符合您的新类型。

在您的优化示例中，编译器非常狡猾：

pub fn testing_direct(f: Foo) -> i32 {
    let mut sum = 0;

    sum += f.a + f.b;
    sum += f.b + f.c;
    sum += f.c + f.a;

    sum
}

产量：

example::testing_direct:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     eax, dword ptr [rdi + 4]
        add     eax, dword ptr [rdi]
        add     eax, dword ptr [rdi + 8]
        add     eax, eax
        pop     rbp
        ret

大概是这样sum += f.a; sum += f.b; sum += f.c; sum += sum;。

也就是说，编译器意识到：

1. f.X添加了两次
2. f.X * 2相当于添加两次

虽然前者可能在其他情况下通过使用间接而受到抑制，但后者非常具体i32（并且加法是可交换的）。

例如，将代码切换为f32(仍然Copy，但加法不再是可交换的)，我得到testing_direct和的完全相同的程序集testing（对于 略有不同testing_ref）：

example::testing:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        movss   xmm1, dword ptr [rdi]
        movss   xmm2, dword ptr [rdi + 4]
        movss   xmm0, dword ptr [rdi + 8]
        movaps  xmm3, xmm1
        addss   xmm3, xmm2
        xorps   xmm4, xmm4
        addss   xmm4, xmm3
        addss   xmm2, xmm0
        addss   xmm2, xmm4
        addss   xmm0, xmm1
        addss   xmm0, xmm2
        pop     rbp
        ret

而且不再有任何诡计了。

因此，实际上不可能从您的示例中推断出太多内容，请检查真实类型。