Viusal C++的优化代码
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增大字体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.N
ET 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中"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 4和AMD 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5到10个百分点，如果使用了大量浮点代码甚至能提高10
到15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和"/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 4和AMD 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 2002和VC.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和"/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$[esp-4]
imul eax, 15
当使用"/G7"时，生成了更快(可惜更长)的代码，它没用imul(乘)指令，在Pentium 4上
执行只需要14个周期。目标代码如下：
mov ecx, DWORD PTR _i$[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SSE或SSE2优化，生成使用Stream
ing SIMD Extensions (SSE) 和 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)的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SSE或SSE2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"或"/arch:SSE2” 和 "/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 ?f1@@YAHHHH@Z
mov DWORD PTR ?m@@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;
}
当不使用"/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 ?g@@3HA, 5
mov DWORD PTR ?h@@3HA, 6
call ?func@@YAXPAH0@Z
mov eax, DWORD PTR _i$[esp+16]
mov edx, DWORD PTR ?g@@3HA
mov ecx, DWORD PTR ?h@@3HA
add edx, eax
add ecx, eax
mov DWORD PTR ?g@@3HA, edx
mov DWORD PTR ?h@@3HA, ecx
xor eax, eax
add esp, 16
ret 0
当使用了"/GL"时，你会看到下面的代码，现在的代码短多了。注意编译这个例子时同样
要注意关掉内联优化。
sub esp, 8
lea ecx, DWORD PTR _j$[esp+8]
lea edx, DWORD PTR _i$[esp+8]
mov DWORD PTR _i$[esp+8], 0
mov DWORD PTR ?g@@3HA, 5
mov DWORD PTR ?h@@3HA, 6
call ?func@@YAXPAH0@Z
mov DWORD PTR ?g@@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"和"/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（exe或
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