gcc中的划分优化

Question

这是一些代码(完整程序后面的问题):

template <typename T>
T fizzbuzz(T n) {
    T count(0);
    #if CONST
        const T div(3);
    #else
        T div(3);
    #endif
    for (T i(0); i <= n; ++i) {
        if (i % div == T(0)) count += i;
    }
    return count;
}

现在,如果我用这个模板函数调用int,那么根据我是否定义CONST,我得到6个性能差异:

$ gcc --version
gcc (GCC) 3.4.4 (cygming special, gdc 0.12, using dmd 0.125)

$ make -B wrappedint CPPFLAGS="-O3 -Wall -Werror -DWRAP=0 -DCONST=0" &&
 time ./wrappedint
g++  -O3 -Wall -Werror -DWRAP=0 -DCONST=0   wrappedint.cpp   -o wrappedi
nt
484573652

real    0m2.543s
user    0m2.059s
sys     0m0.046s

$ make -B wrappedint CPPFLAGS="-O3 -Wall -Werror -DWRAP=0 -DCONST=1" &&
 time ./wrappedint
g++  -O3 -Wall -Werror -DWRAP=0 -DCONST=1   wrappedint.cpp   -o wrappedi
nt
484573652

real    0m0.655s
user    0m0.327s
sys     0m0.046s

检查反汇编表明,在快速(常量)情况下,模数已经变成了乘法和移位类型的东西,而在慢速(非常量)情况下,它正在使用idivl.

更糟糕的是,如果我尝试将我的整数包装在一个类中,那么无论我是否使用const,都不会发生优化.代码总是使用idivl和运行缓慢:

#include <iostream>

struct WrappedInt {
    int v;
    explicit WrappedInt(const int &val) : v(val) {}
    bool operator<=(const WrappedInt &rhs) const { return v <= rhs.v; }
    bool operator==(const WrappedInt &rhs) const { return v == rhs.v; }
    WrappedInt &operator++() { ++v; return *this; }
    WrappedInt &operator+=(const WrappedInt &rhs) { v += rhs.v; return *this; }
    WrappedInt operator%(const WrappedInt &rhs) const 
        { return WrappedInt(v%rhs.v); }
};

std::ostream &operator<<(std::ostream &s, WrappedInt w) {
    return s << w.v;
}

template <typename T>
T fizzbuzz(T n) {
    T count(0);
    #if CONST
        const T div(3);
    #else
        T div(3);
    #endif
    for (T i(0); i <= n; ++i) {
        if (i % div == T(0)) count += i;
    }
    return count;
}

int main() {
    #if WRAP
        WrappedInt w(123456789);
        std::cout << fizzbuzz(w) << "\n";
    #else
        std::cout << fizzbuzz<int>(123456789) << "\n";
    #endif
}

我的问题是:

1)C++本身有一个简单的原理,或gcc的优化,它解释了为什么会发生这种情况,或者只是"各种启发式运行,这是你得到的代码"的情况？

2)有没有办法让编译器意识到我的本地声明和从未引用的const WrappedInt可以被视为编译时const值？我希望这个东西能够直接替代模板中的int.

3)是否有一种已知的包装int的方法,以便编译器在优化时可以丢弃包装？目标是WrappedInt将是一个基于策略的模板.但是,如果"无所事事"政策导致基本上任意的6倍速度惩罚超过int,我最好特殊情况下直接使用int.

Answer 1

我猜它只是你正在运行的严重旧的GCC版本.我在我的机器上使用的最老的编译器 - gcc-4.1.2,使用非const和wrap版本执行快速方法(并且仅在-O1处执行).