GCC可以使用编译时常量变量优化类的方法吗？

Question

前言

我正在使用avr-g ++对AVR微控制器进行编程，因此，我始终需要获得非常高效的代码。

如果GCC的参数是编译时常量，通常它可以优化该函数，例如，我有函数pin_write(uint8_t pin, bool val) ，该函数确定该pin AVR寄存器（使用我从整数pin到一对端口/引脚的特殊映射），向这些寄存器写入相应的值。 由于其通用性，此功能不太小。 但是，如果我使用编译时常量pin和val调用此函数，则GCC可以在编译时进行所有计算，并消除对几个AVR指令的调用，例如

sbi PORTB,1
sbi DDRB,1

缓行

让我们编写这样的代码：

class A {
        int x;
public:
        A(int x_): x(x_) {}
        void foo() { pin_write(x, 1); }
};

A a(8);
int main()  {
        a.foo();
}

我们只有一个类A的对象，并且使用常量（8）对其进行了初始化。 因此，可以在编译时进行所有计算：

foo() -> pin_write(x,1) -> pin_write(8,1) -> a couple of asm instructions

但海湾合作委员会没有这样做。

令人惊讶的是，但是如果我删除全局A a(8)并只写

 A(8).foo()

我得到的正是我想要的：

00000022 <main>:
  22:   c0 9a           sbi     0x18, 0 ; 24
  24:   b8 9a           sbi     0x17, 0 ; 23

题

因此，是否有一种方法可以强制GCC在编译时对具有常量初始化程序的单个全局对象进行所有可能的计算？

由于这个麻烦，我不得不手动扩展这种情况，并用以下代码替换我的原始代码：

const int x = 8; 
class A {
public:
    A() {}
    void foo() { pin_write(x, 1); }
}

---

UPD。 这非常美妙： main内部的A(8).foo()优化为2个asm指令。 A a(8); a.foo() A a(8); a.foo() ！ 但是，如果我A a(8)声明为全局变量，则编译器会生成大量通用代码。 我试图添加static -它没有帮助。 为什么？

Answer 1

但是，如果我A a(8)声明为全局变量，则编译器会生成大量通用代码。 我试图添加static -它没有帮助。 为什么？

以我的经验，如果对象/函数具有外部链接，则gcc非常不情愿。 由于没有您的代码可以编译，因此我对您的代码进行了稍微修改：

#include <cstdio>

class A {
        int x;
public:
        A(int x_): x(x_) {}
        int f() { return x*x; }
};

A a(8);

int main()  {
        printf("%d", a.f());
}

我发现有两种方法可以使生成的程序集与此相对应：

int main()  {
        printf("%d", 64);
}

换句话说：在编译时消除所有内容，以便仅保留必要的最小值。

用clang和gcc都可以达到这一目的的一种方法是：

#include <cstdio>

class A {
        int x;
public:
        constexpr A(int x_): x(x_) {}
        constexpr int f() const { return x*x; }
};

constexpr A a(8);

int main()  {
        printf("%d", a.f());
}

gcc 4.7.2已经消除了-O1所有内容，clang 3.5中继需要-O2 。

实现此目的的另一种方法是：

#include <cstdio>

class A {
        int x;
public:
        A(int x_): x(x_) {}
        int f() const { return x*x; }
};

static const A a(8);

int main()  {
        printf("%d", a.f());
}

它仅适用于-O3 clang。 显然，gcc 不断折叠并不那么积极。 （如clang所示，可以完成，但gcc 4.7.2并未实现。）

Answer 2

您可以通过将pin_write函数更改为模板来强制编译器使用所有已知常量完全优化该函数。 我不知道该特定行为是否由标准来保证。

template< int a, int b >
void pin_write() { some_instructions; }

这可能需要修复所有使用pin_write的行。

此外，您可以将函数声明为内联。 不能保证编译器会内联函数（inline关键字仅是一个提示），但是如果这样做，则有更大的机会优化编译时间常数（假设编译器可以知道这是一个编译时间常数，可能并非总是如此）。

Answer 3

您的a具有外部链接，因此编译器无法确定在其他地方没有其他代码对其进行修改。

如果要声明a const，则应明确指出它不应更改，并且还应使其停止具有外部链接； 这两个都应有助于编译器减少悲观情绪。

（我也可能会声明x const －在这里可能无济于事，但如果没有其他规定，它会使编译器和下一个代码阅读器清楚地知道，您永远不会更改它。）