GCC編譯優化解析

如果不指定優化標志，gcc會產生可調試的代碼

啟用優化后，gcc會改變程序的結構，讓代碼變小或者運行得更快

不優化

在不影響編譯速度的情況下，盡量采取一些優化算法降低代碼大小和加快代碼運行的速度，并啟用以下優化選項：

• fauto-inc-dec
  地址訪問時，合并地址訪問指令和地址的遞增和遞減操作

• fbranch-count-reg
  在計數寄存器中運行遞減和分支指令
  而不是單獨運行遞減指令，并與零比較，然后再根據結果進行分支

• combine-stack-adjustments
  跟蹤堆棧的push和pop，并嘗試找到合并它們的方法

• fcompare-elim
  判斷計算結果的flag寄存器，如果可以，用flag寄存器的結果來代替現式地比較操作

• fcprop-registers
  通過寄存器存有的值，通過計算變量的依賴，減少從內存中讀取該變量的值，通過拷貝傳播，來減少變量的拷貝

• -fdce
  消除死代碼

• -fdefer-pop
  程序一般在函數返回時，會pop出棧中元素
  而編譯器，會合并多個函數調用，并一次性pop出相關的元素

• -fdelayed-branch
  嘗試對指令重新排序，來利用延遲分支指令后可用的指令槽

• -fdse
  對死代碼進行消除

• -fforward-propagate
  The pass tries to combine two instructions and checks if the result can be simplified. If loop unrolling is active, two passes are performed and the second is scheduled after loop unrolling.

• -fguess-branch-probability
  分支預測

• -fif-conversion2
  利用條件執行把if條件轉化為無分支等價代碼

• -fif-conversion
  利用moves, min, max, set, abs等手段把if條件轉化為無分支等價代碼

• -finline-functions-called-once
  把靜態函數轉為inline函數

• -fipa-pure-const
  發現函數是純函數還是常量函數

• -fipa-profile
  對cold(僅調用一次的函數)函數進行優化

• -fipa-reference

• -fmerge-constants
  合并常數計算

• -fmove-loop-invariants
  優化循環的不變量

• -freorder-blocks
  重排代碼塊

• -fshrink-wrap
  函數的開場白僅在使用前才初始化，而不是在函數開始的時候做

• -fshrink-wrap-separate
  把函數的開場白和結束語分開，盡在使用的時候才初始化

• -fsplit-wide-types
  對于某些需要占用多個寄存器的變量，獨立的申請寄存器

• -fssa-backprop
  在定義鏈上傳播相關使用的信息，來簡化定義

• -fssa-phiopt
  優化條件代碼

• -fstore-merging
  合并存儲

• -ftree-bit-ccp
  在tree上傳播稀疏條件位常量，并對齊傳播指針

• -ftree-ccp
  在tree上傳播稀疏條件常量，并對齊傳播指針

• -ftree-ch

• -ftree-coalesce-vars

• -ftree-copy-prop

• -ftree-dce

• -ftree-dominator-opts

• -ftree-dse

• -ftree-forwprop

• -ftree-fre

• -ftree-phiprop

• -ftree-sink

• -ftree-slsr

• -ftree-sra

• -ftree-pta

• -ftree-ter

• -funit-at-a-time

會犧牲一定的編譯速度，除了執行O1的所有編譯優化之外，還會采取幾乎所有的目標配置支持的優化算法，用來提高目標代碼的運行速度

• -fthread-jumps
  判斷是否有double jump，并進行優化

• -falign-functions
  把函數的開始地址對齊到2的冪

• -falign-jumps
  把分支的起點地址對齊到2的冪

• -falign-loops
  把循環的開始地址對齊到2的冪

• -falign-labels
  把標簽的地址對齊到2的冪

• -fcaller-saves

• -fcrossjumping

• -fcse-follow-jumps

• -fcse-skip-blocks

• -fdelete-null-pointer-checks
  檢查是否存在delete空指針

• -fdevirtualize -fdevirtualize-speculatively
  用子類虛函數覆蓋虛函數函數指針

• -fexpensive-optimizations

• -fgcse -fgcse-lm
  全局的公用子表達式優化

• -fhoist-adjacent-loads

• -finline-small-functions
  把小函數優化為內聯函數

• -findirect-inlining

• -fipa-cp
  過程間常數傳播

• -fipa-cp-alignment

• -fipa-bit-cp

• -fipa-sra
  過程間優化，刪除未使用的參數，將值傳遞優化為引用傳遞

• -fipa-icf

• -fisolate-erroneous-paths-dereference
  檢測由于取消空指針而觸發錯誤或未定義行為的路徑，將這些路徑隔離

• -flra-remat
  通過上下文敏感，重用變量

• -foptimize-sibling-calls
  優化同級和尾部遞歸調用

• -foptimize-strlen
  優化strlen函數

• -fpartial-inlining
  部分內聯函數

• -fpeephole2
  機器相關優化

• -freorder-blocks-algorithm=stc
  塊內代碼重排優化

• -freorder-blocks-and-partition -freorder-functions
  重排代碼

• -frerun-cse-after-loop
  重新運行公共表達式減少在循環后

• -fsched-interblock -fsched-spec
  在不同塊間進行重排指令

• -fschedule-insns -fschedule-insns2

• -fstrict-aliasing
  類型嚴格轉換檢查

• -fstrict-overflow
  檢查類型是否溢出

• -ftree-builtin-call-dce

• -ftree-switch-conversion -ftree-tail-merge

• -fcode-hoisting

• -ftree-pre

• -ftree-vrp

• -fipa-ra
  函數調用者，如果某些寄存器沒有用到，則可以不需要保存這些寄存器的值

除了執行O2所有的優化選項之外，一般還會采用很多向量化算法，提高程序的并行度，并利用CPU的流水線和cache來加快運行速度，

這個選項會加大代碼的大小，并降低目標代碼的執行時間

• -finline-functions
  采用一些啟發式算法對函數進行內聯

• -funswitch-loops
  找到循環的不變條件，并移到循環外部

• -fpredictive-commoning
  在循環間重用計算

• -fgcse-after-reload
  執行全局的共同子表達式消除

• -ftree-loop-vectorize　
  向量化優化

• -ftree-loop-distribute-patterns
  把loop的某些部分轉化為標準函數，例如memset

• -fsplit-paths

• -ftree-slp-vectorize
  基本塊向量化

• -fvect-cost-model

• -ftree-partial-pre
  部分冗余代碼消除

• -fpeel-loops

• -fipa-cp-clone
  過程間調用函數克隆，讓常量傳播更有效

目的是盡量減少目標代碼的大小，這對存儲容量很小的設備尤為重要

• -falign-functions
  對齊

• -falign-jumps
  對齊

• -falign-loops
  對齊

• -falign-labels
  對齊

• -freorder-blocks
  重排

• -freorder-blocks-algorithm=stc
  重排

• -freorder-blocks-and-partition
  重排

• -fprefetch-loop-arrays
  預取

除了啟用所有O3的優化選項之外，還會針對某些語言啟用部分優化

目的是保留較好的可調試信息的前提下提供合理的優化

• -E: 預處理

• -S: 編譯

• -c: 編譯 匯編 不鏈接

• -g: 包含調試信息

• -I: 指定include頭文件目錄

• -o: 輸出編譯文件

• -w: 忽略所有警告

• -Werror: 不區分警告和錯誤，遇到任何警告都停止編譯

• -Wall: 開啟大部分告警提示

• -Wshadow: 作用域相關存在變量同名時發出告警

• -Wextra: 對所有合法但值得懷疑的表達式發出告警

ref: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/