VC++.NET 2003代碼優化方法

　　概要：這篇文章介紹了Visual C++.NET 2003中的代碼優化。另外，有些讀者可能對VC.NET 2002的優化不太了解，所以我們會簡短介紹一下全程優化(Whole Program Optimization)。最后我們用一些例子充分表現一下VC.NET的優化性能，并對其討論。

　　前言

　　人們在使用一個新的編程工具時總會感到缺乏自信，本文試圖讓你對VC的代碼優化有更直觀的感覺，希望你能通過閱讀本文從VC中"得到"更多的東西。

　　Visual C++ .NET 2003

　　VC.NET 2003不僅帶來了兩個新的優化選項，它還改進了VC.NET 2002中一些優化的性能。

　　第一個新增選項是"/G7"，它告訴編譯器對Intel Pentium 4和AMD Athlon處理器進行優化。

　　使用"/G7"選項編譯的程序，當我們和VC.NET 2002生成的代碼比較時發現，它通常能使典型的程序的運行速度提高5到10個百分點，如果使用了大量浮點代碼甚至能提高10到15個百分點。而提高的優化程度可能很高也可能較低，在一些使用最新CPU和"/G7"選項的測試中，甚至提高了20%的性能。

　　使用"/G7"選項不代表生成的代碼只能運行在Intel Pentium 4和AMD Athlon處理器上。這些代碼仍可以運行在老的CPU上，只是在性能表現上可能有"小小的懲罰"。另外，我們觀察到一些程序使用"/G7"后在AMD Athlon上運行的比用Intel Pentium 4更慢。

　　當沒使用"/Gx"選項時，編譯器會默認使用"/GB"選項，此時為"blended"優化模式。在VC.NET 2002和VC.NET 2003中，"/GB"代表"/G6"，即為Intel Pentium Pro， Pentium II， Pentium III處理器優化。

　　這兒有一個例子，它展示了做與常整數乘法時使用Pentium 4和"/G7"的優化效果，下面是源代碼：

int i; … // Do something that assigns a value to i. … return i*15;

　　當使用"/G6"時，生成了目標代碼：

mov eax, DWORD PTR _i$[esp-4] imul eax, 15

　　當使用"/G7"時，生成了更快(可惜更長)的代碼，它沒用imul(乘)指令，在Pentium 4上執行只需要14個周期。目標代碼如下：

mov ecx, DWORD PTR _i$[esp-4] mov eax, ecx shl eax, 4 sub eax, ecx

　　第二個優化選項是"/arch:[argument]"，用它可對SSE或SSE2優化，生成使用Streaming SIMD Extensions (SSE) 和 Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) 指令集的程序。當使用"/arch:SSE"選項時，目標代碼只能運行在支持SSE指令(如：CMOV， FCOMI， FCOMIP， FUCOMI， FUCOMIP)的CPU上。當使用"/arch:SSE2"選項時，目標代碼只能運行在支持SSE2指令集的CPU上。

　　相比于"/G7"，使用了SSE或SSE2優化的程序，一般能減少2-3%的運行時間，個別測試中甚至能減少5%的運行時間。

　　使用"/arch:SSE"可得到以下效果：

　　1、在使用單精度浮點數時，使用SSE指令對其處理。

　　2、使用CMOV指令，它最早被Pentium Pro支持。

　　3、使用FCOMI， FCOMIP， FUCOMI， FUCOMIP指令，它們也是最早被Pentium Pro支持的。

　　使用"/arch:SSE2"的話，可以得到所有"/arch:SSE"選項的效果，另外還有以下幾個效果：

　　1、在使用雙精度浮點數時，使用SSE2指令對其處理。

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

　　還有其它的好處，在同時使用"/arch:SSE"或"/arch:SSE2” 和 "/GL"(全程優化)選項選項時，編譯器會對浮點參數和浮點返回值做函數調用規則優化。

　　上面說的幾點優化特性已經包括于VC.NET 2003里了。另外還有一點就是能消除"死參數"--從沒被用過的參數。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; }

　　在函數f1()中，第二個參數從沒被使用過。當我們用"/GL"(全程優化)選項時，編譯器將產生如下目標代碼來調用f1()：

mov eax, 4 mov ecx, 3 call ?f1@@YAHHHH@Z mov DWORD PTR ?m@@3HA, eax

　　在這個例子里，變量"n"從沒被運算，只有兩個參數被f1()使用，所以只傳遞那兩個參數(并且它們是從寄存器傳過去的，這比使用棧傳更快)。另外，編譯這個例子時要禁止內聯(inlining)，否則函數f1()就不存在了，而直接給m賦予值7。



　　Visual C++ .NET 2002

　　VC.NET 2002引入了全程優化(Whole Program Optimization，縮寫為WPO)的概念，"/GL"選項代表使用全程優化。全程優化意味著：編譯器在.obj文件中存放的是代碼的中間表達而不是目標代碼，在連接時連接器對其優化處理并生成真正的目標代碼。

　　全程優化的一個主要好處在于我們可以跨越源文件進行函數內聯，這將大大提高程序的性能。還有一個好處在于編譯器可以跟蹤內存和寄存器的使用，以便優化使函數調用的開銷更小。

　　下面的代表展示了全程優化的表現：

// 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; }

　　當不使用"/GL"選項時，生成了如下代碼：

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

　　當使用了"/GL"時，你會看到下面的代碼，現在的代碼短多了。注意編譯這個例子時同樣要注意關掉內聯優化。

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

　　表現優化的最好例子

　　VC編譯器包括兩個主要的優化參數，"/O1"和"/O2"。"/O1"代表最小尺寸，選了它編譯器認為用了以下選項。

　　1./Og 全局優化，比如經常用到的變量使用寄存器保存，或者循環內的計算優化

　　2./Os 程序（exe或dll）尺寸優化優先于代碼速度優化

　　3./Oy 使用幀指針，以提高函數調用速度

　　4./Ob2 編譯器“覺得”應該使用內聯的函數，都使用內聯

　　5./GF 使用只讀字符串池

　　6./Gy 告訴編譯器將各個函數按打包格式編譯

　　"/O2"選項代表最快速度，它基本上與"/O1"相同，只是用"/Ot"(更快的代碼)代替了"/Os"。另外還有"/Oi"代表了展開內聯函數。

　　一般來說，對小程序使用最快優化，對大程序使用最小尺寸優化，這是因為尺寸大的程序通常能導致加載緩慢，CACHE命中率低，系統頻繁切換分布內存等問題。使用最小尺寸優化，編譯不再展開循環，也不會采用更長的代碼。

　　在選擇了主要優化選項后，用profile去尋找"熱區"是一個好辦法，這樣你可以對程序不同部分做最適當的優化。比如如果你用最小尺寸優化后，用profile發現有幾個函數執行的很頻繁，那你就可以把那幾個函數按最快速度優化。


　　VC編譯器可以對特定函數進行優化選項!

　　比如，如果你發現fiddle()函數被調用的頻率很高，那你就可以讓編譯器只對這個函數進行最快速度優化，這樣：

#pragma optimize("t", on) int fiddle(S *p) { …; } #pragma optimize("", on)

　　除了"/O1"和"/O2"以外，還有"/Ox"選項，它很與"/O2"效果相同，而"/Ox"與"/Os"組合則與"/O1"效果相同。我們推薦使用"/O1"和"/O2"，而不是用"/Ox"。

　　至此，我們討論了"/G7"，"/arch"和"/GL"優化選項。

　　除了上面介紹的，VC還提供了兩個：

　　1./GA 優化靜態線程局部存儲。(不要用于DLL project，用了也沒效果)

　　2./Gr 使用__fastcall作默認調用規則，這代表頭兩個參數會用寄存器傳送(如果參數能裝進寄存器)。

　　另外的一個選項是"/opt:ref"，用它可以通知連接器，在連接時去掉沒被調用的函數和沒被使用的數據。用"/opt:icf"選項能合并相同函數(比如你的程序可能通過模板展開了好幾遍)，這時優化也能減小程序的尺寸。

　　Visual C++ .NET中的優化改進

　　這兒有3個重要的優化選項，你可以把它們用在VC.NET 2003的項目中。雖然VC.NET 2002也提供了這些選項，但VC.NET 2003對它們做了性能上的改進。

　　下表簡要的描述了它們，如果你想了解更詳細的內容，請查閱VC所帶的文檔。

選項	效果
/RTC1	使用無優化的Debug模式，編譯器插入動態檢測代碼以幫助你發現程序中的錯誤。比如你沒有初始化的內存，或者你把__stdcall和__cdecl弄混了。
/GS	加入檢測靜態緩沖區(棧)溢出的代碼，黑客就不能覆蓋函數返回的地址以執行惡意代碼。 注意：這不意味著你可以高枕無憂，你仍要留心編寫安全的代碼！
/Wp64	檢測生成64位代碼的問題，通過它你可以發現移植到64位環境下你的代碼可能出現的問題。

　　結論

　　VC.NET 2003引入了兩個新的優化選項，同時也改進了VC.NET 2002中的幾個優化的性能，希望你能通過VC.NET 2003的優化選項來提高你程序的質量。

原文轉自：http://www.anti-gravitydesign.com

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