整数の範囲を指定してオプティマイザにヒントを与えることはできますか？

intタイプを使用して値を格納しています。プログラムのセマンティクスにより、値は常に非常に小さな範囲（0〜36）で変化し、int（a charではなく）はCPUの効率のためにのみ使用されます。

このような小さな範囲の整数に対して、多くの特別な算術最適化を実行できるようです。これらの整数に対する多くの関数呼び出しは、「魔法の」操作の小さなセットに最適化される可能性があり、一部の関数は、テーブルルックアップに最適化されることもあります。

それで、これintが常にその小さな範囲にあることをコンパイラーに伝えることは可能ですか？そしてコンパイラーがそれらの最適化を行うことは可能ですか？

はい、可能です。たとえば、次のようにして、不可能な条件についてコンパイラに伝えるgccことができます__builtin_unreachable。

if (value < 0 || value > 36) __builtin_unreachable();

上記の条件をマクロでラップすることができます：

#define assume(cond) do { if (!(cond)) __builtin_unreachable(); } while (0)

そしてそれを次のように使用します：

assume(x >= 0 && x <= 10);

ご覧のように、gccこの情報に基づいて最適化を実行します。

#define assume(cond) do { if (!(cond)) __builtin_unreachable(); } while (0)

int func(int x){
    assume(x >=0 && x <= 10);

    if (x > 11){
        return 2;
    }
    else{
        return 17;
    }
}

生成する：

func(int):
    mov     eax, 17
    ret

ただし、欠点として、コードがそのような仮定を破った場合、動作が未定義になることがあります。

これが発生した場合、デバッグビルドであっても通知しません。仮定を使用してバグをより簡単にデバッグ/テスト/キャッチするには、次のようなハイブリッドの仮定/アサートマクロ（@David Zへのクレジット）を使用できます。

#if defined(NDEBUG)
#define assume(cond) do { if (!(cond)) __builtin_unreachable(); } while (0)
#else
#include <cassert>
#define assume(cond) assert(cond)
#endif

デバッグビルド（NDEBUG 未定義）では、通常のassert印刷エラーメッセージとabort'ingプログラムのように機能し、リリースビルドでは、仮定を利用して最適化されたコードを生成します。

ただし、それは定期的に代わるものではありませんことをassert- condリリースに残ってビルドので、あなたのような何かをするべきではありませんassume(VeryExpensiveComputation())。

これには標準サポートがあります。あなたがしなければならないことは、stdint.h（cstdint）をインクルードしてからタイプを使用することですuint_fast8_t。

これは、0〜255の数値のみを使用していることをコンパイラに通知しますが、より高速なコードが得られる場合は、より大きな型を使用してもかまいません。同様に、コンパイラーは変数が255を超える値を持つことはないと想定し、それに応じて最適化を行います。

現在の答えは、範囲が確実にわかっている場合に適していますが、値が期待される範囲外の場合でも正しい動作が必要な場合は機能しません。

その場合、私はこのテクニックがうまくいくことを発見しました：

if (x == c)  // assume c is a constant
{
    foo(x);
}
else
{
    foo(x);
}

アイデアは、コードとデータのトレードオフです。つまり、1ビットのデータ（かどうかx == c）を制御ロジックに移動します。
これxは、実際には既知の定数であるオプティマイザへのヒントであり、cそれをインライン化してfoo、残りの部分とは別に、最初の呼び出しを最適化することを奨励します。

fooただし、実際にはコードを1つのサブルーチンに分解してください。コードを複製しないでください。

例：

この手法が機能するためには、少し幸運である必要があります-コンパイラーが物事を静的に評価しないことを決定する場合があり、それらは一種の恣意的です。しかし、うまくいくとうまくいきます。

#include <math.h>
#include <stdio.h>

unsigned foo(unsigned x)
{
    return x * (x + 1);
}

unsigned bar(unsigned x) { return foo(x + 1) + foo(2 * x); }

int main()
{
    unsigned x;
    scanf("%u", &x);
    unsigned r;
    if (x == 1)
    {
        r = bar(bar(x));
    }
    else if (x == 0)
    {
        r = bar(bar(x));
    }
    else
    {
        r = bar(x + 1);
    }
    printf("%#x\n", r);
}

ただ、使用-O3して事前評価を行った定数に気づく0x20と0x30eでアセンブラ出力。

より標準的なC ++のソリューションが必要な場合は、[[noreturn]]属性を使用して独自のを作成できると言っていますunreachable。

だから私はデニスの優れた例を再利用してデモンストレーションします：

namespace detail {
    [[noreturn]] void unreachable(){}
}

#define assume(cond) do { if (!(cond)) detail::unreachable(); } while (0)

int func(int x){
    assume(x >=0 && x <= 10);

    if (x > 11){
        return 2;
    }
    else{
        return 17;
    }
}

これはあなたが見ることができるように、ほぼ同じコードでの結果：

detail::unreachable():
        rep ret
func(int):
        movl    $17, %eax
        ret

もちろん欠点は、[[noreturn]]関数が実際に戻るという警告が表示されることです。