我正在对一个科学应用程序进行数值优化。我注意到的一件事是,GCC将通过将调用pow(a,2)编译为a*a来优化它,但调用pov(a,6)并没有优化,实际上会调用库函数pow,这会大大降低性能。(相比之下,可执行icc的“英特尔C++编译器”将消除对pow(a,6)的库调用。)
我好奇的是,当我使用GCC 4.5.1和选项“-O3-lm-funroll-loops-msse4”将pow(a,6)替换为a*a*a*a*a*a时,它使用了5条多指令:
movapd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
而如果我写(a*a*a)*(a*a*a),它将产生
movapd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm14, %xmm13
mulsd %xmm13, %xmm13
这将乘法指令的数量减少到3。icc也有类似的行为。
为什么编译器不认识这种优化技巧?
还没有海报提到浮动表达式的收缩(ISO C标准,6.5p8和7.12.2)。如果FP_CONTRACT pragma设置为ON,则允许编译器将诸如a*a*a*a*a*a之类的表达式视为单个操作,就好像使用单个舍入来精确计算一样。例如,编译器可以用更快更准确的内部幂函数代替它。这特别有趣,因为行为部分由程序员直接在源代码中控制,而最终用户提供的编译器选项有时可能使用错误。
FP_CONTRACT pragma的默认状态是实现定义的,因此默认情况下允许编译器进行此类优化。因此,需要严格遵循IEEE 754规则的可移植代码应该明确地将其设置为OFF。
如果编译器不支持此pragma,则必须避免任何此类优化,以防开发人员选择将其设置为OFF。
GCC不支持此pragma,但使用默认选项时,它假设它为ON;因此,对于具有硬件FMA的目标,如果要防止a*b+c转换为FMA(a,b,c),则需要提供一个选项,例如-ffp contract=off(显式地将pragma设置为off)或-std=c99(告诉GCC遵守某些c标准版本,这里是c99,因此遵循上面的段落)。过去,后一种选择并未阻止转型,这意味着GCC在这一点上不符合:https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=37845