编译器会针对循环优化它吗？

Question

在 C 或 C 中，如果编译器遇到一个 for 循环，其中计数器从 0 计数到 n，而 n 是一个变量（不是函数调用，也不是常量），编译器是否会通过检查变量 n（绑定变量）是否会在循环期间更改（访问写入， 例如：n 可以是循环前计算的字符串的长度），通过优化这里，我的意思是将其值复制到寄存器以避免内存访问？

下面是一个示例：

for (int c = 0; c < n; c++) {
    // do something not related to n
}

编译器会注意到这一点并对其进行优化吗？

Answer 1

您应该尝试自己编译和查看。编译器中的优化取决于几件事。

无论如何，为了回答你的问题，我唯一能做的就是给你提供一个最相似的具体案例。

代码很简单:

#include <string>

int main(int argc, char *argv[]) {
  std::string str = "this_is_a_string";
  int size = str.size();
  for (int i = 0; i < size; ++i) {
    str += std::to_string(i);
  }
  return 0;
}

结果汇编代码是（针对不同的优化级别）：

 movl   $0x0,-0x14(%rbp)    // int i = 0;
 mov    -0x14(%rbp),%eax    // load i into the register
 cmp    -0x18(%rbp),%eax    // load size and compare with i in the register
 jge    401317 <main+0x91>  // jump if >=

 // initialization up
 add    $0x1,%ebx         // ++i (now i is stored in register)
 cmp    %ebx,-0x5c(%ebp)  // compare i and size (which is load from memory)
 je     0x80488a3 <main(int, char**)+136>  // jump if = (and not >=)

相同的-O1。

这里是用过的代码，带有汇编。

Answer 2

结果取决于使用的编译器。

编译器可以使用n的处理器寄存器，您仍然可以在循环中修改n。所以无论如何最小的优化是可能的。

如果您有一个指向n的指针，并且您使用指针间接更改n的值，则将变量的值放置在处理器寄存器中可能会导致“混淆现象”问题。

例如：

int n = 4;
int *nptr = &n;
for(int i = 0; i < n; ++i)
  --*nptr;

编译器必须知道nptr是n的别名，因此每次访问都必须从内存中读取n，但在许多情况下，编译器根本没有机会知道n和nptr之间的关系。

您可以使用 volatile 关键字来阻止编译器优化变量（即 volatile int n = 4;）

Answer 3

c/c编译器会通过检查变量n(绑定变量)是否会在循环过程中改变来优化循环吗

“as-if”规则允许编译器重新排序或重新编写代码，只要可观察的效果是“好像”它执行了您编写的代码。

这里的关键词是“可观察”。除非可以证明n在循环体的执行过程中不能改变，否则循环必须重新计算c

如果编译器可以访问循环中的所有代码(例如，它是在同一个编译单元中定义的，或者全局优化在链接期间有另一个外观，< code>n永远不会被引用或指针别名化)，那么它很可能能够证明< code>n没有改变。

在这种情况下，你不应该惊讶地看到循环以某种方式进行了优化。