用Clang交叉编译如何实现原生级优化？

Question

当使用clang和-target选项进行交叉编译时，针对与本机系统相同的体系结构和硬件，我注意到 似乎比本机构建的计数器部分生成更差的优化

请考虑以下简单的代码示例：

int square(int num) {
    return num * num;
}

当使用-target x86_64-linux-elf在-O3下进行优化时，本机 target代码生成生成：

square(int):
        mov     eax, edi
        imul    eax, edi
        ret

使用生成的代码x86_64产生：

square(int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     eax, edi
        imul    eax, edi
        pop     rbp
        ret

< kbd >实例

尽管有相同的硬件和优化标志，但显然缺少了一些优化。如果将目标三元组中的none替换为linux，尽管没有使用特定于系统的功能，问题就会消失。

乍一看，它可能看起来根本没有优化，但不同的代码段显示它正在执行一些优化，只是不是全部。例如，循环展开仍在发生。

虽然上面的例子只是x86_64，但在实践中，这个问题会给基于 armv7 的受约束嵌入式系统生成代码膨胀，并且我注意到在某些情况下错过了一些优化，例如：

• 不删除不必要的设置/清理说明（与 x86_64 中相同）
• 不将某些顺序内联增量合并为单个添加指令（在 -OS 处，当内联类似矢量的 push_back 调用时。当从运行 armv7 的基于 arm 的系统本机构建时，这将进行优化。
• 不将相邻的小整数值合并到单个 mov 中（例如在可选实现中将 32 位 int 与 bool 合并。当从运行 armv7 的基于 arm 的系统本机构建时，这将进行优化。
• 等

我想知道我能做些什么，如果有的话，在交叉编译时实现与本机编译相同的优化？是否有任何相关标志可以帮助调整中隐含的调整

如果可能的话，我很想了解为什么交叉编译目标似乎无法优化某些东西，仅仅是因为系统不同，尽管有相同的架构和abi。我的理解是，LLVM的优化器在IR上运行，只要不依赖于目标系统本身，它就应该有效地生成相同的优化。




Answer 1

太长别读：对于x86目标，当操作系统未知时，默认情况下会启用帧指针。您可以使用-fomit-frame-point er手动禁用它们。对于ARM平台，您当然需要提供更多信息，以便后端可以推断出目标ABI。使用-emit-llvm编译器以便检查Clang/LLVM的哪一部分生成低效代码。

应用程序二进制接口 （ABI） 可以从一个目标更改为另一个目标。C 语言中没有标准的 ABI。选择的取决于几个参数，包括架构、版本、供应商、操作系统、环境等。

使用 -target 参数可帮助编译器选择 ABI。问题是x86_64-none-elf不够完整，因此后端实际上可以生成快速代码。事实上，我认为这实际上不是一个有效的目标，因为在这种情况下，Clang发出了警告，并且错误的随机目标会出现相同的警告。令人惊讶的是，编译器仍然成功地使用提供的信息生成了一个通用二进制文件。像x86_64-windows和x86_64-linux这样的目标以及x86_64-unknown-windows-cygnus（Windows中的Cygwin）都可以工作。您可以在代码中获取 Clang 支持的平台、操作系统、环境等的列表。

ABI 的一个特定方面是调用约定。它们在操作系统之间是不同的。例如，x86-64 Linux平台使用System V AMD64 ABI的调用约定，而最近的x86-64 Windows平台使用基于较旧的Microsoft x64的vectorcall调用约定。对于旧的x86架构，情况更为复杂。有关此内容的更多信息，请阅读此内容和此处。

在您的情况下，如果没有操作系统的信息，编译器可能会选择自己的通用ABI，从而使用旧的推送/弹出指令。尽管如此，编译器假定edi包含传递给函数的参数，这意味着所选ABI是System V AMD64（或派生版本）。环境可以在堆栈优化中发挥重要作用，例如从函数外部访问堆栈（例如被调用函数）。

我最初的猜测是，由于缺少有关指定目标的信息，程序集后端禁用了一些优化，但x86-64 ELF的情况并非如此，因为选择了相同的后端。请注意，目标是由特定于架构的后端解析的（例如，请参见此处）。

事实上，这个问题来自Clang发出的红外代码，帧指针标志设置为all。您可以使用＜code＞-emit llvm＜/code＞标志检查IR代码。您可以使用-fomit帧指针解决此问题。

在ARM上，问题可能有所不同，来自汇编后端。您当然应该指定目标操作系统或至少更多信息，如子架构类型(主要针对ARM)、供应商和环境。

总的来说，请注意，有理由认为，由于缺乏信息，更通用的目标会产生效率更低的代码。如果你想知道更多关于这个的信息，请在Clang或LLVM bug追踪器上填写一个问题，以便追踪发生这种情况的原因或/和让开发者修复这个问题。

相关帖子/链接:

• CLANG：如何列出支持的目标架构？
• https://clang.llvm.org/docs/CrossCompilation.html