GCC编译优化解析

如果不指定优化标志，gcc会产生可调试的代码

启用优化后，gcc会改变程序的结构，让代码变小或者运行得更快

不优化

在不影响编译速度的情况下，尽量采取一些优化算法降低代码大小和加快代码运行的速度，并启用以下优化选项：

• fauto-inc-dec
  地址访问时，合并地址访问指令和地址的递增和递减操作

• fbranch-count-reg
  在计数寄存器中运行递减和分支指令
  而不是单独运行递减指令，并与零比较，然后再根据结果进行分支

• combine-stack-adjustments
  跟踪堆栈的push和pop，并尝试找到合并它们的方法

• fcompare-elim
  判断计算结果的flag寄存器，如果可以，用flag寄存器的结果来代替现式地比较操作

• fcprop-registers
  通过寄存器存有的值，通过计算变量的依赖，减少从内存中读取该变量的值，通过拷贝传播，来减少变量的拷贝

• -fdce
  消除死代码

• -fdefer-pop
  程序一般在函数返回时，会pop出栈中元素
  而编译器，会合并多个函数调用，并一次性pop出相关的元素

• -fdelayed-branch
  尝试对指令重新排序，来利用延迟分支指令后可用的指令槽

• -fdse
  对死代码进行消除

• -fforward-propagate
  The pass tries to combine two instructions and checks if the result can be simplified. If loop unrolling is active, two passes are performed and the second is scheduled after loop unrolling.

• -fguess-branch-probability
  分支预测

• -fif-conversion2
  利用条件执行把if条件转化为无分支等价代码

• -fif-conversion
  利用moves, min, max, set, abs等手段把if条件转化为无分支等价代码

• -finline-functions-called-once
  把静态函数转为inline函数

• -fipa-pure-const
  发现函数是纯函数还是常量函数

• -fipa-profile
  对cold(仅调用一次的函数)函数进行优化

• -fipa-reference

• -fmerge-constants
  合并常数计算

• -fmove-loop-invariants
  优化循环的不变量

• -freorder-blocks
  重排代码块

• -fshrink-wrap
  函数的开场白仅在使用前才初始化，而不是在函数开始的时候做

• -fshrink-wrap-separate
  把函数的开场白和结束语分开，尽在使用的时候才初始化

• -fsplit-wide-types
  对于某些需要占用多个寄存器的变量，独立的申请寄存器

• -fssa-backprop
  在定义链上传播相关使用的信息，来简化定义

• -fssa-phiopt
  优化条件代码

• -fstore-merging
  合并存储

• -ftree-bit-ccp
  在tree上传播稀疏条件位常量，并对齐传播指针

• -ftree-ccp
  在tree上传播稀疏条件常量，并对齐传播指针

• -ftree-ch

• -ftree-coalesce-vars

• -ftree-copy-prop

• -ftree-dce

• -ftree-dominator-opts

• -ftree-dse

• -ftree-forwprop

• -ftree-fre

• -ftree-phiprop

• -ftree-sink

• -ftree-slsr

• -ftree-sra

• -ftree-pta

• -ftree-ter

• -funit-at-a-time

会牺牲一定的编译速度，除了执行O1的所有编译优化之外，还会采取几乎所有的目标配置支持的优化算法，用来提高目标代码的运行速度

• -fthread-jumps
  判断是否有double jump，并进行优化

• -falign-functions
  把函数的开始地址对齐到2的幂

• -falign-jumps
  把分支的起点地址对齐到2的幂

• -falign-loops
  把循环的开始地址对齐到2的幂

• -falign-labels
  把标签的地址对齐到2的幂

• -fcaller-saves

• -fcrossjumping

• -fcse-follow-jumps

• -fcse-skip-blocks

• -fdelete-null-pointer-checks
  检查是否存在delete空指针

• -fdevirtualize -fdevirtualize-speculatively
  用子类虚函数覆盖虚函数函数指针

• -fexpensive-optimizations

• -fgcse -fgcse-lm
  全局的公用子表达式优化

• -fhoist-adjacent-loads

• -finline-small-functions
  把小函数优化为内联函数

• -findirect-inlining

• -fipa-cp
  过程间常数传播

• -fipa-cp-alignment

• -fipa-bit-cp

• -fipa-sra
  过程间优化，删除未使用的参数，将值传递优化为引用传递

• -fipa-icf

• -fisolate-erroneous-paths-dereference
  检测由于取消空指针而触发错误或未定义行为的路径，将这些路径隔离

• -flra-remat
  通过上下文敏感，重用变量

• -foptimize-sibling-calls
  优化同级和尾部递归调用

• -foptimize-strlen
  优化strlen函数

• -fpartial-inlining
  部分内联函数

• -fpeephole2
  机器相关优化

• -freorder-blocks-algorithm=stc
  块内代码重排优化

• -freorder-blocks-and-partition -freorder-functions
  重排代码

• -frerun-cse-after-loop
  重新运行公共表达式减少在循环后

• -fsched-interblock -fsched-spec
  在不同块间进行重排指令

• -fschedule-insns -fschedule-insns2

• -fstrict-aliasing
  类型严格转换检查

• -fstrict-overflow
  检查类型是否溢出

• -ftree-builtin-call-dce

• -ftree-switch-conversion -ftree-tail-merge

• -fcode-hoisting

• -ftree-pre

• -ftree-vrp

• -fipa-ra
  函数调用者，如果某些寄存器没有用到，则可以不需要保存这些寄存器的值

除了执行O2所有的优化选项之外，一般还会采用很多向量化算法，提高程序的并行度，并利用CPU的流水线和cache来加快运行速度，

这个选项会加大代码的大小，并降低目标代码的执行时间

• -finline-functions
  采用一些启发式算法对函数进行内联

• -funswitch-loops
  找到循环的不变条件，并移到循环外部

• -fpredictive-commoning
  在循环间重用计算

• -fgcse-after-reload
  执行全局的共同子表达式消除

• -ftree-loop-vectorize　
  向量化优化

• -ftree-loop-distribute-patterns
  把loop的某些部分转化为标准函数，例如memset

• -fsplit-paths

• -ftree-slp-vectorize
  基本块向量化

• -fvect-cost-model

• -ftree-partial-pre
  部分冗余代码消除

• -fpeel-loops

• -fipa-cp-clone
  过程间调用函数克隆，让常量传播更有效

目的是尽量减少目标代码的大小，这对存储容量很小的设备尤为重要

• -falign-functions
  对齐

• -falign-jumps
  对齐

• -falign-loops
  对齐

• -falign-labels
  对齐

• -freorder-blocks
  重排

• -freorder-blocks-algorithm=stc
  重排

• -freorder-blocks-and-partition
  重排

• -fprefetch-loop-arrays
  预取

除了启用所有O3的优化选项之外，还会针对某些语言启用部分优化

目的是保留较好的可调试信息的前提下提供合理的优化

• -E: 预处理

• -S: 编译

• -c: 编译 汇编 不链接

• -g: 包含调试信息

• -I: 指定include头文件目录

• -o: 输出编译文件

• -w: 忽略所有警告

• -Werror: 不区分警告和错误，遇到任何警告都停止编译

• -Wall: 开启大部分告警提示

• -Wshadow: 作用域相关存在变量同名时发出告警

• -Wextra: 对所有合法但值得怀疑的表达式发出告警

ref: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/