スイッチがチェーン化されているのと同じように最適化されていないのはなぜですか？

次のsquareの実装は、連鎖ifステートメントに期待するような一連のcmp / jeステートメントを生成します。

int square(int num) {
    if (num == 0){
        return 0;
    } else if (num == 1){
        return 1;
    } else if (num == 2){
        return 4;
    } else if (num == 3){
        return 9;
    } else if (num == 4){
        return 16;
    } else if (num == 5){
        return 25;
    } else if (num == 6){
        return 36;
    } else if (num == 7){
        return 49;
    } else {
        return num * num;
    }
}

そして、以下は返されるデータテーブルを生成します：

int square_2(int num) {
    switch (num){
        case 0: return 0;
        case 1: return 1;
        case 2: return 4;
        case 3: return 9;
        case 4: return 16;
        case 5: return 25;
        case 6: return 36;
        case 7: return 49;
        default: return num * num;
    }
}

なぜgccは一番上のものを一番下のものに最適化できないのですか？

参照用の逆アセンブリ：https ://godbolt.org/z/UP_igi

編集：興味深いことに、MSVCはスイッチケースのデータテーブルの代わりにジャンプテーブルを生成します。そして驚くべきことに、clangはそれらを同じ結果に最適化します。

生成されたコードは、switch-case通常、ジャンプテーブルを使用します。この場合、ルックアップテーブルを介した直接の戻りは、すべての場合に戻りが含まれるという事実を利用した最適化のようです。標準はその効果を保証しませんが、コンパイラが従来のスイッチケースのジャンプテーブルの代わりに一連の比較を生成するとしたら、私は驚くでしょう。

今、に来てif-else、それは正反対です。しながら、switch-case一定時間内に実行し、拘わらず分岐の数、if-else分岐の数が少ないために最適化されています。ここで、コンパイラーは基本的に、一連の比較を記述した順序で生成することを期待します。

私が使用していたもしそうならif-else、私はほとんどの呼び出しに期待するためsquare()に最適な0または1まれに他の値のために、そして実際に私のコードを使用するための私の目的を破って、遅く私が予想よりも実行することができ原因テーブルルックアップにこれを「最適化」ifではなくのswitch。議論の余地はありますが、GCCは正しいことを行っており、clangは最適化に過度に積極的です。

誰かがコメントで、clangがこの最適化を行いif-else、同様にルックアップテーブルベースのコードを生成するリンクを共有しました。clangを使用してケースの数を2つ（およびデフォルト）に減らすと、注目すべきことが起こります。ifとswitchの両方で同じコードを再度生成しますが、今回 は、ルックアップテーブルアプローチではなく、比較と移動に切り替えます。これは、スイッチを好むclangでさえ、ケースの数が少ない場合に 'if'パターンがより最適であることを知っていることを意味します！

要約すると、一連の比較if-elseとジャンプテーブルswitch-caseは、コンパイラが従う傾向があり、開発者がコードを書くときに期待する傾向がある標準パターンです。ただし、特定の特殊なケースでは、一部のコンパイラーは、より適切な最適化が得られると感じた場合に、このパターンを解除することを選択する場合があります。他のコンパイラーは、明らかに最適とは言えない場合でも、とにかくパターンに固執することを選択し、開発者が何を望んでいるかを信頼することを信頼するかもしれません。どちらも有効なアプローチであり、それぞれに長所と短所があります。

考えられる理由の1つは、低い値のnum可能性が高い場合、たとえば常に0の場合、最初のコードに対して生成されたコードの方が速い可能性があるということです。スイッチ用に生成されたコードは、すべての値で同じ時間かかります。

この表に従って、最良のケースを比較します。テーブルの説明については、この回答を参照してください。

もしnum == 0、「もし」なら、xor、test、je（ジャンプ付き）、retがあります。待ち時間：1 + 1 +ジャンプ。ただし、xorとtestは独立しているため、実際の実行速度は1 + 1サイクルよりも速くなります。

num < 7「スイッチ」の場合、mov、cmp、ja（ジャンプなし）、mov、retがあります。レイテンシ：2 + 1 +ジャンプなし+ 2。

ジャンプしない命令は、ジャンプする命令よりも高速です。ただし、この表ではジャンプのレイテンシが定義されていないため、どちらが優れているかはわかりません。最後の方が常に優れていて、GCCがそれを最適化できないだけの可能性があります。