Question

假设我有一个函数double F(double x)，就本例而言，我们假设对F的调用成本很高。

假设我写了一个函数f来计算F的平方根：

double f(double x){
   return sqrt(F(x));
}

在第三个函数sum中，我计算出f和F的总和：

double sum(double x){
   return F(x) + f(x);
}

由于我想最小化对F的调用，因此与例如相比，上述代码效率低下。

double sum_2(double x){
   double y = F(x);
   return y + sqrt(y);
}

但是由于我很懒惰，很愚蠢，或者想让我的代码尽可能清晰，所以我选择了第一个定义。

C / C ++编译器是否会意识到F(x)的值可以像在f(x)中那样被用来计算sum_2来优化我的代码？

非常感谢。

Answer 1

C / C ++编译器是否会通过意识到F（x）的值可以重复使用来计算f（x）来优化我的代码，就像在sum_2中一样？

也许。两种语言都不需要这种优化，是否允许这种优化取决于F()的实现细节。一般来说，对于这种情况，不同的编译器的行为会有所不同。

完全有可能的是，编译器会将函数f()内联到函数sum()中，这将使它有机会认识到有两个对F(x)的调用导致了相同的结果。在这种情况下，如果F()没有副作用，则可以想象编译器将只发出对F()的单个调用，从而重用结果。

特定的实现可能具有可用于帮助编译器得出这样的结论的扩展。但是，如果不将这种扩展应用于该问题，我认为编译器不太可能发出只对F()进行一次调用并重用结果的代码。

Answer 2

您所描述的称为memoization，是一种（通常）运行时缓存的形式。尽管可以在编译器中实现此功能，但通常在C编译器中不执行。

C ++确实有一个聪明的解决方法，使用几年前详细介绍的at this blog post的STL；还有一个最近的SO答案here。值得注意的是，使用这种方法，编译器不是“聪明地”推断出函数的多个相同结果将被重用，但是效果大体上相同。

某些语言（例如Haskell）确实具有对编译时记忆的内置支持，但是编译器体系结构与Clang或GCC / G ++完全不同。

Answer 3

许多编译器使用提示来确定是否可以重用上一个函数调用的结果。一个典型的例子是：

for (int i=0; i < strlen(str); i++)

如果不对此进行优化，则此循环的复杂度至少为O（n ²），但在优化之后可以为O（n）。

gcc，clang和其他许多语言可以使用的提示是here，它们分别是__attribute__((pure))和__attribute__((const))。例如，将GNU strlen声明为纯函数。

GCC可以检测到pure functions，并建议程序员应该将哪些函数纯合为一体。实际上，对于以下简单示例，它会自动执行此操作：

unsigned my_strlen(const char* str) 
{
    int i=0;
    while (str[i])
       ++i;
    return i;
} 

unsigned word_len(const char *str)
{
    for (unsigned i=0 ; i < my_strlen(str); ++i) {
        if (str[i] == ' ')
           return i;
    }
    return my_strlen(str);
}

您可以-O3 -fno-inline see the compilation result来使用gcc。在整个my_strlen(str)函数中，它仅调用一次word_len。 Clang 7.0.0似乎没有执行此优化。

word_len:
        mov     rcx, rdi
        call    my_strlen ; <-- this is the only call (outside any loop)
        test    eax, eax
        je      .L7
        xor     edx, edx
        cmp     BYTE PTR [rcx], 32
        lea     rdi, [rdi+1]
        jne     .L11
        jmp     .L19
.L12:
        add     rdi, 1
        cmp     BYTE PTR [rdi-1], 32
        je      .L9
.L11:
        add     edx, 1
        cmp     eax, edx
        jne     .L12
.L7:
        ret
.L19:
        xor     edx, edx
.L9:
        mov     eax, edx
        ret

C / C ++编译器会通过重用最近计算的函数结果来优化代码吗？

3 个答案: