为什么这段代码片段在C和C++中产生完全不同的汇编代码？

Question

struct v {
    int val[16];
};

struct v test(struct v a, struct v b) {
    struct v res;

    for (int i = 0; i < 16; i++)
        res.val[i] = a.val[i] + b.val[i];

    return res;
}

编译为C++,GCC 7.2发出:

  push r10
  vmovdqu32 zmm0, ZMMWORD PTR [rsp+16]
  mov rax, rdi
  vpaddd zmm0, zmm0, ZMMWORD PTR [rsp+80]
  lea r10, [rsp+16]
  vmovdqu32 ZMMWORD PTR [rdi], zmm0
  pop r10

编译为C:

  lea r10, [rsp+8]
  and rsp, -64
  mov rax, rdi
  push QWORD PTR [r10-8]
  push rbp
  mov rbp, rsp
  push r10
  vmovdqu32 zmm0, ZMMWORD PTR [r10]
  vpaddd zmm0, zmm0, ZMMWORD PTR [r10+64]
  vmovdqa64 ZMMWORD PTR [rbp-112], zmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-112]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-96]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+16], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-80]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+32], xmm0
  vmovdqa64 xmm0, XMMWORD PTR [rbp-64]
  vmovups XMMWORD PTR [rdi+48], xmm0
  pop r10
  pop rbp
  lea rsp, [r10-8]

在Godbolt编译器资源管理器上编译为C与C++:

clang x86 asm:https://godbolt.org/g/FfrKTf
gcc x86 asm:https://godbolt.org/g/SZQqqt

相同的代码片段在gcc和clang中为C和C++生成明显不同的代码:

• 循环是自动矢量化的:gcc使用未对齐的加载/存储,但g ++使用标量直到对齐边界,-march=sandybridge或者比AVX2窄.

  这不是特定于x86的:对于AArch64 SIMD的自动矢量化也会发生同样的情况.

• C版本实际上将结果存储到res堆栈上的本地,然后使用从那里复制的SIMD副本到返回值指针(有时复制的矢量宽度不同于刚刚存储数据的循环).

  禁用自动矢量化(-fno-tree-vectorize)后,gcc仍然使用SIMD加载/存储来复制结果.

有谁知道为什么会这样？

是否有一些C++标准中的对齐保证但不符合C标准？这是ABI问题吗？或者是编译器资源管理器上的一些奇怪的编译选项？

Answer 1

根据编译器转储C Gimple IR在堆栈上工作中间对象(然后将其复制到返回值)

$ gcc ../tmp.c -fdump-tree-gimple -O2 -S -std=c99
$ cat tmp.c.004t.gimple
...
    <D.1621>:
    D.1626 = a.val[i];
    D.1627 = b.val[i];
    D.1628 = D.1626 + D.1627;
    res.val[i] = D.1628;
    i = i + 1;
    <D.1622>:
    if (i <= 15) goto <D.1621>; else goto <D.1623>;
    <D.1623>:
  }
  <retval> = res;
  return <retval>;

而C++可直接在retval temp上运行:

$ g++ ../tmp.c -fdump-tree-gimple -O2 -S
$ cat tmp.c.004t.gimple
    <D.2250>:
    D.2254 = a.val[i];
    D.2255 = b.val[i];
    D.2256 = D.2254 + D.2255;
    <retval>.val[i] = D.2256;
    i = i + 1;
    <D.2251>:
    if (i <= 15) goto <D.2250>; else goto <D.2248>;
    <D.2248>:
  }
  return <retval>;

AFAIR C和C++ Gimple生成器不共享代码,因此可以预期这样的异常.我鼓励你在GCC Bugzilla中报告这个问题,因为这可能是一个常见的性能问题.