Как сказать GCC, что ему не нужно перезагружать значение из памяти после передачи указателя в функцию с доступом только для чтения.

Вопрос или проблема

Пожалуйста, рассмотрите следующую программу:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef char*(*g)(const char*)
__attribute__((__access__(__read_only__, 1)))
;

char *h(const char*)
__attribute__((__access__(__read_only__, 1)))
;

int main() {

    g f = h;
    char c="0";
    f(&c);

    printf("%c\n", c);

    return 0;
}

(godbolt.org)

Что я пытаюсь сделать, так это убедить GCC в том, что ему не нужно считывать значение из c при вызове printf().

Меня также интересует решение, которое работает для указателей на функции.

Поскольку const можно легко игнорировать, меня уже не так удивило, что компилятор не использует эту информацию для оптимизации. Поэтому я попробовал атрибут access. Но безуспешно.

Но представьте мое удивленное лицо, когда я изменил g f = h на g f = strdup.

Вдруг компилятор понял, что вызов функции не изменит c и вызвал printf() напрямую с 0x48 вместо загрузки значения 15(%rsp).

Но почему? Я не вижу никаких значительных различий между объявлением h и объявлением strdup.

Как я могу убедить GCC сделать ту же оптимизацию для моей функции h (а желательно также для функций, вызванных через указатель на функцию)?

Ответ или решение

Для оптимизации кода в GCC и обеспечения того, чтобы компилятор не загружал значение переменной из памяти после передачи указателя на функцию с доступом только для чтения, необходимо учитывать несколько важных аспектов.

Понимание проблемы

В вашем коде компилятор должен установить, что переменная c не изменяется во время выполнения функции h, которая объявлена с атрибутом доступа __access__(__read_only__, 1). Однако, как вы заметили, GCC не всегда может оптимизировать вызовы функций, если они реализованы через указатели на функции, даже когда они имеют аналогичные атрибуты.

Сравнение с функцией strdup

Разница в поведении компилятора между вашим примером и использованием стандартной функции strdup заключается в том, как GCC обрабатывает встроенные функции и как определяется доказательство неинвалидности данных. В случае с strdup, компилятор знает, что эта функция не изменяет исходные данные, в то время как для пользовательских функций может не быть достаточных уверенности о том, что они ведут себя предсказуемо.

Решения для оптимизации

  1. Использование const: Один из самых простых способов убедить компилятор в том, что значение не изменится, — это явное указание const. Замените строку, объявляющую char c, на const char c = '0';. Это позволяет компилятору понять, что данные не подлежат изменениям, и может помочь в оптимизации.

  2. Явные атрибуты для функции: Помимо использования __access__, вы можете явным образом указать дополнительные атрибуты, такие как __attribute__((pure)) или __attribute__((const)). Эти атрибуты могут помочь компилятору распознать, что функция не изменяет глобальные переменные и не имеет побочных эффектов.

  3. Подход с inline: Если возможно, вы можете рассмотреть написание функции h как inline. Это даст компилятору больше информации о том, что происходит, и, возможно, позволит ему оптимизировать вызовы, как это делает с функциями стандартной библиотеки.

  4. Избегайте промежуточных переменных: Попробуйте оптимизировать код, избегая ненужных промежуточных переменных. Например, если функция f передается в функцию printf впечатанно, это может помочь избежать промежуточных загрузок.

  5. Использование акторов функции вместо указателей: Если возможно, используйте явные вызовы вместо указателей на функции. Это даст компилятору больше информации о коде и может помочь с оптимизациями.

Пример реализации

Вот, как может выглядеть ваш код после внесения изменений:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef char *(*g)(const char *)
    __attribute__((__access__(__read_only__, 1)));

const char *h(const char *)
    __attribute__((__access__(__read_only__, 1)))
    __attribute__((pure));

int main() {
    g f = h;
    const char c = '0';
    f(&c);

    // Прямой вызов c вместо передачи по ссылке
    printf("%c\n", c);

    return 0;
}

Заключение

Оптимизация работы компилятора требует детального понимания синтаксиса и атрибутов C. Ваша цель — убедить компилятор в том, что данные не будут изменены. Используйте const, объявляйте функции вершинами и избегайте указателей на функции, если это возможно, чтобы улучшить ситуацию. Следуя этим рекомендациям, вы сможете достигнуть оптимизации, которая обеспечит минимальные загрузки из памяти и эффективное выполнение вашего кода.

Оцените материал
Добавить комментарий

Капча загружается...