可以说服 clang 优化这个几乎叶函数吗

Question

考虑以下几乎叶函数：

int almost_leaf(int* x) {
    if (__builtin_expect(*x >= 0, true)) {
        return *x;
    }
    return x_was_negative() + 1;
}

它几乎是叶子，因为它不是严格意义上的叶子函数（它可能调用x_was_negativeis x 为负数，但__builtin_expect提示编译器return *x通常采用分支，这不涉及任何调用。

clang-16 像这样编译它：

almost_leaf(int*):                      # @almost_leaf(int*)
        push    rax
        mov     eax, dword ptr [rdi]
        test    eax, eax
        js      .LBB0_1
        pop     rcx
        ret
.LBB0_1:
        call    x_was_negative()
        inc     eax
        pop     rcx
        ret

快速（预期）路径上的and （直到第一个的部分）在这里push是完全不必要的：堆栈未使用，并且不会进行需要“由于 ABI”而对齐的堆栈的调用。popret

最好将堆栈对齐到x_was_negative()调用的慢速路径上，就像 gcc 那样：

almost_leaf(int*):
        mov     eax, DWORD PTR [rdi]
        test    eax, eax
        js      .L8
        ret
.L8:
        sub     rsp, 8
        call    x_was_negative()
        add     rsp, 8
        inc     eax
        ret

可以说服 clang 有效地编译这个几乎是叶子的函数吗？

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^{请注意，clang可以在不对齐堆栈的情况下编译几乎叶函数：例如， ifx是 anint而不是int*它可以工作，并且 ifx_was_negative可以编译为 tailcall 它也可以工作（但很简单，因为在这种情况下根本不需要对齐）。}

Answer 1

此优化现在在 Clang (trunk) 的开发版本上执行，因此应该在下一个版本（当然是 Clang 17.0）中可用。这可以在Godbolt上看到。这是新生成的代码：

almost_leaf(int*):
        mov     eax, dword ptr [rdi]
        test    eax, eax
        js      .LBB0_1
        ret
.LBB0_1:
        push    rax
        call    x_was_negative()@PLT
        inc     eax
        add     rsp, 8
        ret

正如我们所看到的，快速路径是相同的。

请注意，对于两个版本的 Clang，初始未优化的 LLVM-IR 大致相同，但最后的低级优化步骤会导致此代码的结果略有不同。更具体地说，对所执行的 LLVM-IR 优化步骤的深入分析表明，Clang 16 在“Prologue/Epilogue Insertion & Frame Finalization”优化步骤（又名“prologepilog”）期间错过了优化。-O1即使在Clang 的开发版本中也进行了这种优化。这个优化步骤可以在Godbolt上看到。