std::min 与三元 gcc 自动矢量化与#pragma GCC 优化（“O3”）

Question

我知道“为什么我的编译器这样做”不是最好的问题类型，但这对我来说真的很奇怪，我完全糊涂了。

我曾认为std::min()与手写三元相同（可能带有一些编译时模板的东西），并且在正常使用时似乎可以编译成相同的操作。 但是，当尝试使“最小和”循环自动矢量化时，它们似乎并不相同，如果有人能帮助我找出原因，我会很高兴。 这是一个产生问题的小示例代码：

#pragma GCC target ("avx2")
#pragma GCC optimize ("O3")

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <algorithm>

#define N (1<<20)
char a[N], b[N];

int main() {
    for (int i=0; i<N; ++i) {
        a[i] = rand()%100;
        b[i] = rand()%100;
    }

    int ans = 0;
    #pragma GCC ivdep
    for (int i=0; i<N; ++i) {
        //ans += std::min(a[i], b[i]);
        ans += a[i]>b[i] ? a[i] : b[i];
    }
    printf("%d\n", ans);
}

我使用编译命令g++ -o test test.cpp -ftree-vectorize -fopt-info-vec-missed -fopt-info-vec-optimized -funsafe-math-optimizations在gcc 9.3.0上编译它。

上面的代码在编译期间调试为：

test.cpp:19:17: optimized: loop vectorized using 32 byte vectors

相反，如果我注释三元并取消注释std::min ，我会得到：

test.cpp:19:17: missed: couldn't vectorize loop
test.cpp:20:35: missed: statement clobbers memory: _9 = std::min<char> (_8, _7);

所以std::min()似乎在做一些不寻常的事情，阻止 gcc 理解它只是一个最小操作。 这是由标准引起的吗？ 还是实施失败？ 或者是否有一些编译标志可以使这项工作？

Answer 1

摘要：不要使用#pragma GCC optimize 。 在命令行上使用-O3代替，您将获得您期望的行为。

GCC 关于#pragma GCC optimize的文档说：

在此之后定义的每个 function 都被视为已为每个字符串参数声明了一个optimize(string)属性。

并且optimize属性记录为：

optimize 属性用于指定 function 将使用不同于命令行指定的优化选项进行编译。 [...] optimize 属性应仅用于调试目的。 它不适合生产代码。 [强调补充，感谢彼得科德斯发现最后一部分。]

所以，不要使用它。

特别是，看起来在文件顶部指定#pragma GCC optimize ("O3")实际上并不等同于在命令行上使用-O3 。 事实证明，前者不会导致std::min被内联，因此编译器实际上确实假设它可能会修改全局 memory，例如您a,b arrays。 这自然会抑制矢量化。

仔细阅读__attribute__((optimize))的文档，看起来每个函数main()和std::min()都将像使用-O3一样编译。 但这与将它们两者与-O3一起编译不同，因为只有在后一种情况下才可以使用内联等过程间优化。

这是关于 godbolt 的一个非常简单的例子。 使用#pragma GCC optimize ("O3")函数foo()和please_inline_me()都进行了优化，但please_inline_me()没有内联。 但是在命令行上使用-O3就可以了。

猜测可能是optimize属性和扩展#pragma GCC optimize导致编译器将 function 视为其定义位于使用指定选项编译的单独源文件中。 事实上，如果std::min()和main()在单独的源文件中定义，您可以使用-O3编译每个文件，但不会内联。

可以说 GCC 手册应该更明确地记录这一点，尽管我想如果它只是用于调试，假设它是为熟悉这种区别的专家准备的可能是公平的。

如果您确实在命令行上使用-O3编译了您的示例，那么您将获得两个版本的相同（矢量化）程序集，或者至少我做到了。 （修复向后比较后：您的三元代码正在计算最大值而不是最小值。）