简单的getter/accessor防止矢量化 - gcc bug？

Question

考虑修复的这个最小实现vector<int>:

constexpr std::size_t capacity = 1000;

struct vec 
{
    int values[capacity];
    std::size_t _size = 0;    

    std::size_t size() const noexcept 
    { 
        return _size; 
    }

    void push(int x) 
    {
        values[size()] = x;
        ++_size;
    }
};

鉴于以下测试用例:

vec v;
for(std::size_t i{0}; i != capacity; ++i) 
{
    v.push(i);
}

asm volatile("" : : "g"(&v) : "memory");

编译器生成非向量化程序集:godbolt.org上的实例

---

如果我做出以下任何改变......

• values[size()] - > values[_size]

• 添加__attribute__((always_inline))到size()

...然后编译器生成矢量化程序集:godbolt.org上的实例

---

这是一个gcc bug吗？或者有一个原因可以解释为什么一个简单的访问器size()会阻止自动矢量化,除非always_inline明确添加？

Answer 1

您的示例中的循环针对 GCC < 7.1 进行矢量化，而不针对 GCC >= 7.1 进行矢量化。所以这里的行为似乎发生了一些变化。

我们可以通过在命令行中添加以下内容来查看编译器优化报告：-fopt-info-vec-all

对于海湾合作委员会 7.3：

<source>:24:29: note: === vect_pattern_recog ===
<source>:24:29: note: === vect_analyze_data_ref_accesses ===
<source>:24:29: note: not vectorized: complicated access pattern.
<source>:24:29: note: bad data access.
<source>:21:5: note: vectorized 0 loops in function.

对于海湾合作委员会 6.3：

<source>:24:29: note: === vect_pattern_recog ===
<source>:24:29: note: === vect_analyze_data_ref_accesses ===
<source>:24:29: note: === vect_mark_stmts_to_be_vectorized ===
[...]
<source>:24:29: note: LOOP VECTORIZED
<source>:21:5: note: vectorized 1 loops in function.

因此，GCC 7.x 决定不对循环进行矢量化，因为访问模式很复杂，这可能是（此时）非内联size()函数。强制内联或手动修复该问题。GCC 6.x 似乎自己就做到了这一点。然而，在这两种情况下，程序集确实看起来size()最终都是内联的，但可能只是在 GCC 7.x 中的矢量化步骤之后（这是我的猜测）。

我想知道为什么你把这asm volatile(...)一行放在最后 - 可能是为了防止编译器丢弃整个循环，因为它在这个测试用例中没有明显的效果。如果我们只返回相反的最后一个元素v，我们可以达到相同的效果，而不会对 的内存模型造成任何可能的副作用v。

<source>:24:29: note: === vect_pattern_recog ===
<source>:24:29: note: === vect_analyze_data_ref_accesses ===
<source>:24:29: note: not vectorized: complicated access pattern.
<source>:24:29: note: bad data access.
<source>:21:5: note: vectorized 0 loops in function.

该代码现在使用 GCC 7.x 进行矢量化，就像它在 GCC 6.x 中所做的那样：

<source>:24:29: note: === vect_pattern_recog ===
<source>:24:29: note: === vect_analyze_data_ref_accesses ===
<source>:24:29: note: === vect_mark_stmts_to_be_vectorized ===
[...]
<source>:24:29: note: LOOP VECTORIZED
<source>:21:5: note: vectorized 1 loops in function.

那么这里的结论是什么呢？

• GCC 7.1 发生了一些变化
• asm volatile最佳猜测：内联size()防止矢量化带来的混乱的副作用

这是否是一个错误（可能是在 6.x 或 7.x 中，具体取决于构造所需的行为asm volatile()）对 GCC 开发人员来说是一个问题。

另外：尝试在命令行中添加-mavx2or -mavx512f -mavx512cd（或等），具体取决于您的硬件，以获得超过 128 位的矢量化，即和寄存器。-march=nativexmmymmzmm