Bir anahtar neden c / c ++ 'da zincirleme ile aynı şekilde optimize edilmez?

Aşağıdaki kare uygulaması zincirleme if deyimi beklediğiniz gibi bir dizi cmp / je ifadeleri üretir:

int square(int num) {
    if (num == 0){
        return 0;
    } else if (num == 1){
        return 1;
    } else if (num == 2){
        return 4;
    } else if (num == 3){
        return 9;
    } else if (num == 4){
        return 16;
    } else if (num == 5){
        return 25;
    } else if (num == 6){
        return 36;
    } else if (num == 7){
        return 49;
    } else {
        return num * num;
    }
}

Aşağıdakiler geri dönüş için bir veri tablosu oluşturur:

int square_2(int num) {
    switch (num){
        case 0: return 0;
        case 1: return 1;
        case 2: return 4;
        case 3: return 9;
        case 4: return 16;
        case 5: return 25;
        case 6: return 36;
        case 7: return 49;
        default: return num * num;
    }
}

Gcc neden ilkini en altta optimize edemiyor?

Referans için sökme: https://godbolt.org/z/UP_igi

EDIT: ilginç bir şekilde, MSVC anahtar durumu için bir veri tablosu yerine bir atlama tablosu oluşturur. Ve şaşırtıcı bir şekilde, clang onları aynı sonuca göre optimize eder.

İçin oluşturulan kod switch-case geleneksel olarak bir atlama tablosu kullanır. Bu durumda, bir arama tablosundan doğrudan geri dönüş, buradaki her durumun bir dönüş içerdiği gerçeğini kullanan bir optimizasyon gibi görünmektedir. Standart bu etki için hiçbir garanti vermezse de, bir derleyicinin geleneksel bir anahtar kutusu için bir atlama tablosu yerine bir dizi karşılaştırma üretmesi şaşırtıcı olurdu.

Şimdi geliyor if-else, tam tersi. Birlikte switch-casesabit zamanda çalıştırır, bağımsız dal sayısı, if-elsedal daha az sayıda için optimize edilmiştir. Burada, derleyicinin yazdığınız sırayla bir dizi karşılaştırma yapmasını beklersiniz.

if-elseÇoğu çağrının diğer değerler square()için 0veya 1nadiren yapılmasını beklediğim için kullanmış olsaydım , bunu bir tablo aramasına 'optimize etmek' aslında kodumun beklediğimden daha yavaş çalışmasına neden olabilir, ifbunun yerine bir amacımı yenmek a switch. Tartışmalı olmasına rağmen, GCC'nin doğru şeyi yaptığını hissediyorum ve clang optimizasyonunda aşırı agresif davranıyor.

Birisi, yorumlarda, clang'ın bu optimizasyonu yaptığı ve arama tablosu tabanlı kod da oluşturduğu bir bağlantı paylaştı if-else. Vaka sayısını clang ile sadece ikiye (ve varsayılana) indirdiğimizde dikkate değer bir şey olur. Bir kez daha hem if ve switch için aynı kodu üretir, ancak bu kez, her ikisi için de arama tablosu yaklaşımı yerine karşılaştırma ve taşıma işlemlerine geçer . Bu, anahtar tercih eden clang'ın bile vaka sayısı az olduğunda 'if' deseninin daha uygun olduğunu biliyor demektir!

Özetle, bir karşılaştırma dizisi if-elseve bir atlama tablosu switch-case, derleyicilerin takip etme eğiliminde olduğu ve geliştiricilerin kod yazarken bekledikleri standart modeldir. Bununla birlikte, bazı özel durumlar için, bazı derleyiciler bu kalıbı daha iyi optimizasyon sağladığını düşündükleri şekilde kırmayı seçebilir. Diğer derleyiciler, görünüşe göre en düşük düzeyde olsa bile, geliştiriciye ne istediğini bilmesine güvenerek, yine de desene yapışmayı seçebilirler. Her ikisi de kendi avantajları ve dezavantajları olan geçerli yaklaşımlardır.

Olası bir gerekçe, düşük değerlerin ( numörneğin her zaman 0) daha olası olması durumunda, ilk kod için oluşturulan kodun daha hızlı olabileceğidir. Anahtar için oluşturulan kod tüm değerler için eşit zaman alır.

Bu tabloya göre en iyi vakaların karşılaştırılması . Tablonun açıklaması için bu cevaba bakınız .

Eğer num == 0"if" için xor varsa, test edin, je (atlama ile), ret. Gecikme: 1 + 1 + atlama. Bununla birlikte, xor ve test bağımsızdır, bu nedenle gerçek yürütme hızı 1 + 1 devirden daha yüksek olacaktır.

Eğer num < 7"anahtar" için mov, cmp, ja (atlama olmadan), mov, ret. Gecikme: 2 + 1 + atlama yok + 2.

Atlama ile sonuçlanmayan atlama talimatı, atlama ile sonuçlanandan daha hızlıdır. Ancak, tablo bir sıçrama için gecikmeyi tanımlamaz, bu yüzden hangisinin daha iyi olduğu açık değildir. Sonuncusunun her zaman daha iyi olması ve GCC'nin onu optimize edememesi mümkündür.