c++ - 这些关于 GCC 优化的评论是否有效？

coder 2023-05-31 原文

在 Demystifying the Restrict Keyword 的底部这是一个奇怪的建议吗:

Due to the order in which scheduling is done in GCC, it is always better to simplify expressions. Do not mix memory access with calculations. The code can be re-written as follows:

然后有一个例子本质上是在改变这个

velocity_x[i] += acceleration_x[i] * time_step;

进入这个

const float ax  = acceleration_x[i];       // Then the same follows for y, z
const float vx  = velocity_x[i];           // etc for y, z
const float nvx = vx + ( ax * time_step ); // etc
velocity_x[i]   = nvx;                     // ...

真的吗？与优化编译器必须做的其他事情(例如 std::foreach 的 lambda 参数等相比，我会认为这种转换是微不足道的。

这只是陈旧、愚蠢的建议吗？或者 GCC 不能或不会这样做有充分的理由吗？ (这让我担心使用我的 Vector3f 类将上述内容写为 velocity += acceleration * time_step!

最佳答案

编辑: (我正在删除有关 restrict 的详细信息，因为它偏离了所提出的实际问题并导致混淆。OP 假设 retict 被使用。)

您问题中的转换对于优化编译器来说确实微不足道，但这不是 Acton 的论文所建议的。

这是在 the paper 中完成的转换:

这段代码...

  for (size_t i=0;i<count*stride;i+=stride)
  {
    velocity_x[i] += acceleration_x[i] * time_step;
    velocity_y[i] += acceleration_y[i] * time_step;
    velocity_z[i] += acceleration_z[i] * time_step;
    position_x[i] += velocity_x[i]     * time_step;
    position_y[i] += velocity_y[i]     * time_step;
    position_z[i] += velocity_z[i]     * time_step;
  }

...被转化为这段代码:

  for (size_t i=0;i<count*stride;i+=stride)
  {
    const float ax  = acceleration_x[i];
    const float ay  = acceleration_y[i];
    const float az  = acceleration_z[i];
    const float vx  = velocity_x[i];
    const float vy  = velocity_y[i];
    const float vz  = velocity_z[i];
    const float px  = position_x[i];
    const float py  = position_y[i];
    const float pz  = position_z[i];

    const float nvx = vx + ( ax * time_step );
    const float nvy = vy + ( ay * time_step );
    const float nvz = vz + ( az * time_step );
    const float npx = px + ( vx * time_step );
    const float npy = py + ( vy * time_step );
    const float npz = pz + ( vz * time_step );

    velocity_x[i]   = nvx;
    velocity_y[i]   = nvy;
    velocity_z[i]   = nvz;
    position_x[i]   = npx;
    position_y[i]   = npy;
    position_z[i]   = npz;
  }

什么是优化？

优化不是 - 正如建议的那样 - 将 1 个表达式分离为 3 个表达式。

优化是在对任何特定数据 block 进行操作的指令之间插入有用的指令。

如果您跟随数据从 velocity_x[i] 移动到 vx 到 nvx 回到 velocity_x[i]，CPU在每个步骤之间做其他工作。

为什么要进行优化？

现代 CPU 通常具有 pipelined architecture .

由于指令是分阶段执行的，CPU 允许同时处理多条指令。但是，当一条指令需要另一条尚未完全执行的指令的结果时，这条流水线就会停止。在停止的指令可以运行之前，不会执行进一步的指令。

为什么我的优化编译器不自动执行此操作？

有些人会这样做。

GCC 在此优化中表现相对较差。

我使用 gcc 4.7(x86-64 架构，-O3 优化)反汇编了上面的两个循环。产生了类似的程序集，但指令的顺序不同，第一个版本产生了严重的停顿，在几个指令的范围内加载、更改和存储单个 float 。

你可以阅读一些关于 gcc 的指令调度 here ，或者只是在网上搜索 gcc 指令调度 来查看很多关于这个问题的令人沮丧的文章。

关于c++ - 这些关于 GCC 优化的评论是否有效？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/15093324/

amp 43 code velocity time_step c++c optimization gcc

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