为什么GCC不能为两个Int32的结构生成最佳运算符==？

Question

#include <cstdint>
#include <cstring>

struct Point {
    std::int32_t x, y;
};

[[nodiscard]]
bool naiveEqual(const Point &a, const Point &b) {
    return a.x == b.x && a.y == b.y;
}

[[nodiscard]]
bool optimizedEqual(const Point &a, const Point &b) {
    // Why can't the compiler produce the same assembly in naiveEqual as it does here?
    std::uint64_t ai, bi;
    static_assert(sizeof(Point) == sizeof(ai));
    std::memcpy(&ai, &a, sizeof(Point));
    std::memcpy(&bi, &b, sizeof(Point));
    return ai == bi;
}

[[nodiscard]]
bool optimizedEqual2(const Point &a, const Point &b) {
    return std::memcmp(&a, &b, sizeof(a)) == 0;
}


[[nodiscard]]
bool naiveEqual1(const Point &a, const Point &b) {
    // Let's try avoiding any jumps by using bitwise and:
    return (a.x == b.x) & (a.y == b.y);
}

但令我惊讶的是，只有带有memcpy或memcmp的代码会被gcc转换为单个64位比较。为什么？(https://godbolt.org/z/ap1ocs)

对优化器来说，如果我在四个字节的连续对上检查相等性，这与在所有八个字节上进行比较是一样的，难道不是很明显吗？

避免将两个部分单独进行布尔化的尝试会更有效地编译（少了一个指令，没有对EDX的错误依赖），但仍然有两个单独的32位操作。

bool bithackEqual(const Point &a, const Point &b) {
    // a^b == 0 only if they're equal
    return ((a.x ^ b.x) | (a.y ^ b.y)) == 0;
}

GCC和Clang在通过值传递结构时都有相同的漏选优化（因此A在RDI中，B在RSI中，因为x86-64 System V的调用约定就是这样将结构打包到寄存器中的）:https://godbolt.org/z/v88a6s。memcpy/memcmp版本都编译为CMP rdi、RSI/seteal，但其他版本执行单独的32位操作。

struct alignas(uint64_t)point在参数位于寄存器中的by-value情况下仍然很有帮助，为GCC优化了两个naiveEqual版本，但不是bithack异或/或。(https://godbolt.org/z/ofga1f)。这给了我们关于GCC内部的任何提示吗？对齐没有帮助。

Answer 1

如果您“修复”对齐，则所有的汇编语言输出都是相同的（带有GCC）：

struct alignas(std::int64_t) Point {
    std::int32_t x, y;
};

演示

需要注意的是，一些正确/合法的方法（如类型双关语）是使用memcpy，因此在使用该函数时进行特定的优化（或更加积极）似乎是合乎逻辑的。