Viusal C++.NET 2003 的优化代码

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Viusal C++的优化代码

 

Mark Lacey

Microsoft Corporation

April 2003

翻译:cnss

 

概要:这篇文章介绍了Visual C++.NET 2003中的代码优化。另外,有些读者可能对VC.NET 2002的优化不太了解,所以我们会简短介绍一下全程优化(Whole Program Optimization)。最后我们用一些例子充分表现一下VC.NET的优化性能,并对其讨论。

 

本文适用于:Visual C++ .NET 2003

 

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前言

    人们在使用一个新的编程工具时总会感到缺乏自信,本文试图让你对VC的代码优化有更直观的感觉,希望你能通过阅读本文从VC"得到"更多的东西。

 

Visual C++ .NET 2003

    VC.NET 2003不仅带来了两个新的优化选项,它还改进了VC.NET 2002中一些优化的性能。

 

    第一个新增选项是"/G7",它告诉编译器对Intel Pentium 4AMD Athlon处理器进行优化。

 

    使用"/G7"选项编译的程序,当我们和VC.NET 2002生成的代码比较时发现,它通常能使典型的程序的运行速度提高510个百分点,如果使用了大量浮点代码甚至能提高1015个百分点。而提高的优化程度可能很高也可能较低,在一些使用最新CPU"/G7"选项的测试中,甚至提高了20%的性能。

 

    使用"/G7"选项不代表生成的代码只能运行在Intel Pentium 4AMD Athlon处理器上。这些代码仍可以运行在老的CPU上,只是在性能表现上可能有"小小的惩罚"。另外,我们观察到一些程序使用"/G7"后在AMD Athlon上运行的比用Intel Pentium 4更慢。

 

    当没使用"/Gx"选项时,编译器会默认使用"/GB"选项,此时为"blended"优化模式。在VC.NET 2002VC.NET 2003中,"/GB"代表"/G6",即为Intel Pentium Pro Pentium II Pentium III处理器优化。

 

    这儿有一个例子,它展示了做与常整数乘法时使用Pentium 4"/G7"的优化效果,下面是源代码:

 

int i;

// Do something that assigns a value to i.

return i*15;

 

当使用"/G6"时,生成了目标代码:

mov   eax, DWORD PTR _i$[esp-4]

imul   eax, 15

 

当使用"/G7"时,生成了更快(可惜更长)的代码,它没用imul()指令,在Pentium 4上执行只需要14个周期。目标代码如下:

mov   ecx, DWORD PTR _i$[esp-4]

mov   eax, ecx

shl   eax, 4

sub   eax, ecx

 

    第二个优化选项是"/arch:[argument]",用它可对SSESSE2优化,生成使用Streaming SIMD Extensions (SSE) Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) 指令集的程序。当使用"/arch:SSE"选项时,目标代码只能运行在支持SSE指令(如:CMOV FCOMI FCOMIP FUCOMI FUCOMIP)CPU上。当使用"/arch:SSE2"选项时,目标代码只能运行在支持SSE2指令集的CPU上。

 

    相比于"/G7",使用了SSESSE2优化的程序,一般能减少2-3%的运行时间,个别测试中甚至能减少5%的运行时间。

 

    使用"/arch:SSE"可得到以下效果:

    1。在使用单精度浮点数时,使用SSE指令对其处理。

    2。使用CMOV指令,它最早被Pentium Pro支持。

    3。使用FCOMI FCOMIP FUCOMI FUCOMIP指令,它们也是最早被Pentium Pro支持的。

 

    使用"/arch:SSE2"的话,可以得到所有"/arch:SSE"选项的效果,另外还有以下几个效果:

    1。在使用双精度浮点数时,使用SSE2指令对其处理。

    2。使SSE2指令集做64位切换。(原文:Making use of SSE2 instructions for 64-bit shifts)

 

还有其它的好处,在同时使用"/arch:SSE""/arch:SSE2” "/GL"(全程优化)选项选项时,编译器会对浮点参数和浮点返回值做函数调用规则优化。

 

    上面说的几点优化特性已经包括于VC.NET 2003里了。另外还有一点就是能消除"死参数"--从没被用过的参数。比如:

int

f1(int i,  int j,  int k)

{

   return i + k;

}

 

int

main()

{

   int n = a+b+c+d;

 

   m = f1(3, n, 4);

   return 0;

}

在函数f1()中,第二个参数从没被使用过。当我们用"/GL"(全程优化)选项时,编译器将产生如下目标代码来调用f1()

mov   eax, 4

mov   ecx, 3

call   [email protected]@[email protected]

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, eax

   

在这个例子里,变量"n"从没被运算,只有两个参数被f1()使用,所以只传递那两个参数(并且它们是从寄存器传过去的,这比使用栈传更快)。另外,编译这个例子时要禁止内联(inlining),否则函数f1()就不存在了,而直接给m赋予值7

 

 

Visual C++ .NET 2002

    VC.NET 2002引入了全程优化(Whole Program Optimization,缩写为WPO)的概念,"/GL"选项代表使用全程优化。全程优化意味着:编译器在.obj文件中存放的是代码的中间表达而不是目标代码,在连接时连接器对其优化处理并生成真正的目标代码。

 

    全程优化的一个主要好处在于我们可以跨越源文件进行函数内联,这将大大提高程序的性能。还有一个好处在于编译器可以跟踪内存和寄存器的使用,以便优化使函数调用的开销更小。

 

    下面的代表展示了全程优化的表现:

// File 1

extern void func (int *, int *);

 

int g, h;

 

int

main()

{

   int i = 0;

   int j = 1;

 

   g = 5;

   h = 6;

 

   func(&I, &j);

 

   g = g + i;

   h = h + i;

 

   return 0;

}

 

// File 2

 

extern int g;

extern int h;

 

void

func(int *pi, int *pj)

{

   *pj = g;

   h = *pi;

}

不使用"/GL"选项时,生成了如下代码:

sub   esp, 8

lea   eax, DWORD PTR _j$[esp+8]

push   eax

lea   ecx, DWORD PTR _i$[esp+12]

push   ecx

mov   DWORD PTR _i$[esp+16], 0

mov   DWORD PTR _j$[esp+16], 1

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, 5

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, 6

call   [email protected]@[email protected]

mov   eax, DWORD PTR _i$[esp+16]

mov   edx, DWORD PTR [email protected]@3HA

mov   ecx, DWORD PTR [email protected]@3HA

add   edx, eax

add   ecx, eax

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, edx

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, ecx

xor   eax, eax

add   esp, 16

ret   0

当使用了"/GL"时,你会看到下面的代码,现在的代码短多了。注意编译这个例子时同样要注意关掉内联优化。

sub   esp, 8

lea   ecx, DWORD PTR _j$[esp+8]

lea   edx, DWORD PTR _i$[esp+8]

mov   DWORD PTR _i$[esp+8], 0

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, 5

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, 6

call   [email protected]@[email protected]

mov   DWORD PTR [email protected]@3HA, 5

xor   eax, eax

add   esp, 8

ret   0

 

表现优化的最好例子

    VC编译器包括两个主要的优化参数,"/O1""/O2""/O1"代表最小尺寸,选了它编译器认为用了以下选项。

    1./Og  全局优化,比如经常用到的变量使用寄存器保存,或者循环内的计算优化

    2./Os  程序(exedll)尺寸优化优先于代码速度优化

    3./Oy  使用帧指针,以提高函数调用速度

    4./Ob2 编译器“觉得”应该使用内联的函数,都使用内联

    5./GF  使用只读字符串池

    6./Gy  告诉编译器将各个函数按打包格式编译

 

    "/O2"选项代表最快速度,它基本上与"/O1"相同,只是用"/Ot"(更快的代码)代替了"/Os"。另外还有"/Oi"代表了展开内联函数。

   

    一般来说,对小程序使用最快优化,对大程序使用最小尺寸优化,这是因为尺寸大的程序通常能导致加载缓慢,CACHE命中率低,系统频繁切换分布内存等问题。使用最小尺寸优化,编译不再展开循环,也不会采用更长的代码。

   

    在选择了主要优化选项后,用profile去寻找"热区"是一个好办法,这样你可以对程序不同部分做最适当的优化。比如如果你用最小尺寸优化后,用profile发现有几个函数执行的很频繁,那你就可以把那几个函数按最快速度优化。

    VC编译器可以对特定函数进行优化选项!

    比如,如果你发现fiddle()函数被调用的频率很高,那你就可以让编译器只对这个函数进行最快速度优化,这样:

#pragma optimize("t", on)

int fiddle(S *p)

{

   …;

}

#pragma optimize("", on)

 

    除了"/O1""/O2"以外,还有"/Ox"选项,它很与"/O2"效果相同,而"/Ox""/Os"组合则与"/O1"效果相同。我们推荐使用"/O1""/O2",而不是用"/Ox"

至此,我们讨论了"/G7""/arch""/GL"优化选项。

 

    除了上面介绍的,VC还提供了两个:

    1./GA 优化静态线程局部存储。(不要用于DLL project,用了也没效果)

    2./Gr 使用__fastcall作默认调用规则,这代表头两个参数会用寄存器传送(如果参数能装进寄存器)

 

    另外的一个选项是"/opt:ref",用它可以通知连接器,在连接时去掉没被调用的函数和没被使用的数据。用"/opt:icf"选项能合并相同函数(比如你的程序可能通过模板展开了好几遍),这时优化也能减小程序的尺寸。

 

Visual C++ .NET中的优化改进

    这儿有3个重要的优化选项,你可以把它们用在VC.NET 2003的项目中。虽然VC.NET 2002也提供了这些选项,但VC.NET 2003对它们做了性能上的改进。

 

下表简要的描述了它们,如果你想了解更详细的内容,请查阅VC所带的文档。

 

选项

效果

/RTC1

使用无优化的Debug模式,编译器插入动态检测代码以帮助你发现程序中的错误。比如你没有初始化的内存,或者你把__stdcall和__cdecl弄混了。

/GS

加入检测静态缓冲区(栈)溢出的代码,黑客就不能覆盖函数返回的地址以执行恶意代码。

注意:这不意味着你可以高枕无忧,你仍要留心编写安全的代码!

/Wp64

检测生成64位代码的问题,通过它你可以发现移植到64位环境下你的代码可能出现的问题。

 

 

结论

    VC.NET 2003引入了两个新的优化选项,同时也改进了VC.NET 2002中的几个优化的性能,希望你能通过VC.NET 2003的优化选项来提高你程序的质量,ok enjoy it!

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