GCCがstd :: vector :: sizeがこのループで変更されないと想定できないのはなぜですか？

if (i < input.size() - 1) print(0);このループで最適化されinput.size()、すべての反復で読み取られるわけではない同僚に私は主張しましたが、これはそうではありません！

void print(int x) {
    std::cout << x << std::endl;
}

void print_list(const std::vector<int>& input) {
    int i = 0;
    for (size_t i = 0; i < input.size(); i++) {
        print(input[i]);
        if (i < input.size() - 1) print(0);
    }
}

gccオプション付きのコンパイラエクスプローラによると、-O3 -fno-exceptions実際にはinput.size()各反復を読み取りlea、減算を実行するために使用しています。

        movq    0(%rbp), %rdx
        movq    8(%rbp), %rax
        subq    %rdx, %rax
        sarq    $2, %rax
        leaq    -1(%rax), %rcx
        cmpq    %rbx, %rcx
        ja      .L35
        addq    $1, %rbx

興味深いことに、Rustではこの最適化が行われます。反復ごとに減分さiれる変数に置き換えられたように見えj、テストi < input.size() - 1はのようなものに置き換えられj > 0ます。

fn print(x: i32) {
    println!("{}", x);
}

pub fn print_list(xs: &Vec<i32>) {
    for (i, x) in xs.iter().enumerate() {
        print(*x);
        if i < xs.len() - 1 {
            print(0);
        }
    }
}

ではコンパイラエクスプローラの関連アセンブリは、次のようになります。

        cmpq    %r12, %rbx
        jae     .LBB0_4

私はチェックしましたが、カウンターでr12あるxs.len() - 1と確信していrbxます 以前は、addfor rbxとmovのループの外側にありますr12。

どうしてこれなの？これは、GCCはインライン展開することができる場合のように思えるsize()し、operator[]それがなかったとして、それは知っていることができるはずsize()は変更されません。しかし、GCCのオプティマイザが変数に引き出す価値はないと判断したのでしょうか？あるいは、これを安全でないものにする可能性のある他のいくつかの副作用があるかもしれません-誰か知っていますか？

への非インライン関数呼び出しcout.operator<<(int)は、オプティマイザーのブラックボックスです（ライブラリはC ++で記述されており、オプティマイザーが見るすべてはプロトタイプなので、コメントの説明を参照してください）。グローバル変数が指す可能性のあるメモリが変更されていると想定する必要があります。

（またはstd::endl呼び出し。ちなみに、単に印刷するのではなく、なぜその時点でcoutのフラッシュを強制するのですか？'\n'ですか？）

たとえば、知っているすべてのことstd::vector<int> &inputは、グローバル変数への参照であり、それらの関数呼び出しの1つがそのグローバル変数を変更します。（または、vector<int> *ptrどこかにグローバルがあるか、static vector<int>他のコンパイルユニットのへのポインターを返す関数があるか、または関数がこのベクターへの参照を渡さずにこのベクターへの参照を取得できる他の方法があります。

アドレスが取得されたことがないローカル変数がある場合、コンパイラー は、非インライン関数呼び出しではそれを変更できないと想定できます。グローバル変数がこのオブジェクトへのポインタを保持する方法がないからです。（これは、エスケープ分析と呼ばれます）。これが、コンパイラがsize_t i関数呼び出し全体でレジスタに保持できる理由です。（int iそれによって影にされsize_t i、それ以外では使用されないため、最適化することができます）。

ローカルでも同じことができます vector（つまり、base、end_size、end_capacityポインターの場合）。

ISO C99には、この問題の解決策があります。 int *restrict foo。多くのC ++コンパイルはint *__restrict foo、fooが指すメモリがそのポインタを介してのみアクセスされることを約束するサポートをコンパイルします。2つの配列を取る関数で最も一般的に役立ち、それらが重複しないコンパイラーを約束する必要があります。そのため、コードを生成せずに自動ベクトル化してチェックし、フォールバックループを実行できます。

OPのコメント：

Rustでは、変更不可能な参照は、参照先の値を他の誰も変更していないことをグローバルに保証します（C ++と同等restrict）。

これが、Rustがこの最適化を行えるのにC ++ではできない理由を説明しています。

C ++の最適化

明らかにあなたは使うべきです auto size = input.size();に、関数の先頭で一度して、コンパイラーがループ不変であることをコンパイラーに認識させる必要があります。C ++の実装ではこの問題は解決されないため、自分で解決する必要があります。

またconst int *data = input.data();、std::vector<int>「コントロールブロック」からデータポインターのロードを引き上げる必要がある場合もあります。 残念ながら、最適化には非常に慣用的ではないソースの変更が必要になる場合があります。

Rustは、コンパイラ開発者がコンパイラで実際に何が可能かを学んだ後に設計された、はるかに新しい言語です。CPUがi32.count_ones、回転、ビットスキャンなどを介して実行できるクールな機能の一部を移植可能に公開するなど、他の方法でも実際に表示されますstd::bitset::count()。