Question

GCC让我很难为源代码生成最佳程序集：

memset(X, 0, 16);
for (int i= 0; i < 16; ++i) {
    X[0] ^= table[i][Y[i]].asQWord;
}

X是uint64_t[2]数组，和
Y是unsigned char[16]数组，和
table是union qword_t的双维数组：

union qword_t {
    uint8_t asBytes[8];
    uint64_t asQWord;
};

const union qword_t table[16][256] = /* ... */;

使用选项-m64 -Ofast -mno-sse，它会展开循环，每个xor和分配会产生3条指令（因此发出的指令总数为3 * 16 = 48）：

movzx  r9d, byte ptr [Y + i]                   ; extracting byte
xor    rax, qword ptr [table + r9*8 + SHIFT]   ; xoring, SHIFT = i * 0x800
mov    qword ptr [X], rax                      ; storing result

现在，我的理解是，所有16个xors中的结果X值可以累积在rax寄存器中，然后它可以存储在[X]地址，这可以通过这两个指令来实现。每个xor和赋值：

movzx  r9d, byte ptr [Y + i]                   ; extracting byte
xor    rax, qword ptr [table + r9*8 + SHIFT]   ; xoring, SHIFT = i * 0x800

并单一存储：

mov    qword ptr [X], rax                      ; storing result

（在这种情况下，指令总数为2 * 16 + 1 = 33）

为什么GCC会生成这些冗余的mov指令？我该怎么做才能避免这种情况？

P.S。 C99，GCC 5.3.0，Intel Core i5 Sandy Bridge

Answer 1

冗余存储通常归结为别名;在这种情况下，gcc无法证明对X[0]的商店不会影响table。它将变量传递给例程如何有很大的不同;如果它们是全局变量或同一个更大结构的成员，那么证明非混叠更容易。

Example：

void f1(uint64_t X[2]) {
  memset(X, 0, 16);
  for (int i= 0; i < 16; ++i) {
    X[0] ^= table[i][Y[i]].asQWord;
  }
}

uint64_t X[2];
void f2() {
  memset(X, 0, 16);
  for (int i= 0; i < 16; ++i) {
    X[0] ^= table[i][Y[i]].asQWord;
  }
}

此处X[0]的商店已退出f2但不在f1的商店，因为只有f2才能证明X不为table的成员添加别名。

您的解决方法/修复方法可能是调整参数的传递方式，使用the restrict specifier或自行手动下沉商店。

Answer 2

为避免这种情况，您可以改为使用它：

uint64_t v = 0;
for (int i= 0; i < 16; ++i) {
    v ^= table[i][Y[i]].asQWord;
}
X[0] = v;
X[1] = 0;

您可以很容易地注意到生成的指令在您的情况下是次优的，但是由于不同的原因，gcc可能无法确定。（在这种情况下，gcc无法确定该表永远不会访问与X相同的内存区域，因为ecatmur会更精心地解释。）

GCC为数组元素的重复XOR生成冗余代码

2 个答案: