__builtin_clzll 在不同优化级别上的不同 gcc 输出并包装在一个函数中

Question

我对以下代码的行为/输出感到困惑，要么这是一个错误，要么我遗漏了一些东西。（天湖拱门上的 Ubuntu 16.04）

#include <iostream>

int wrap(unsigned long long val) {
    return __builtin_clzll(val);
} 

using namespace std;
int main() {
    cout << __builtin_clzll(0) << " " << wrap(0) << endl;
    cout << __builtin_clzll(1) << " " << wrap(1) << endl;
    cout << __builtin_clzll(2) << " " << wrap(2) << endl;
}

这是不同编译设置下的不同输出。我知道如果传递零， clz 可能会返回未定义的结果。然而，直接内联调用总是可以正常工作，但是一旦涉及到堆栈，编译器就会搞砸。

snk@maggy:~/HCS$ g++ -O0 test.cpp -o test
snk@maggy:~/HCS$ ./test
64 4196502
63 63
62 62
snk@maggy:~/HCS$ 

-O > 0 级别不会改变结果，我猜 gcc 是内联的。这是预期的结果……

snk@maggy:~/HCS$ g++ -O1 test.cpp -o test
snk@maggy:~/HCS$ ./test
64 64
63 63
62 62

使用 -mlzcnt 效果会更好：

snk@maggy:~/HCS$ g++ -O0 -mlzcnt test.cpp -o test
snk@maggy:~/HCS$ ./test
64 0
63 0
62 1

snk@maggy:~/HCS$ g++ -O1 -mlzcnt test.cpp -o test
snk@maggy:~/HCS$ ./test
64 64
63 63
62 62

snk@maggy:~/HCS$ g++ --version
g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4) 5.4.0 20160609
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

谢谢，Ch

Answer 1

这个问题中有趣的例子是 的行为-mlzcnt。这在 2013 年被报告为GCC bug 58928，但该错误报告后来被撤回，因为当您-mlzcnt为不支持该LZCNT操作码的 Intel CPU 提供时，这是“预期”行为。

事实证明，LZCNT是一个BSR带有前缀的（Bit Search Reverse）F3；在未实现 LZCNT 的 Intel CPU 上，它不会被捕获为无效操作码，而是被解释为 BSR，它返回 1 位的位位置（位 0 为低位），而不是前面 0 的数量。

如前所述，__builtin_clz使用参数 0 调用会产生未定义的行为。您不应该对未定义行为的结果抱有任何期望；甚至两次都会得到相同的结果。

Answer 2

根据内置函数的 GCC 文档（添加粗体文本）

内置函数：int __builtin_clz ( unsigned int x )

返回x中前导 0 位的数量（从最高有效位位置开始）。如果x为 0，则结​​果未定义。

...

内置函数：int __builtin_clzll ( unsigned long long )

与 类似__builtin_clz，但参数类型为unsigned long long。

的结果0是未定义的。