Ví dụ có thể chạy tối thiểu GCC với phân tích tháo gỡ x86
Chúng ta hãy xem GCC có thể tự động thực hiện tối ưu hóa cuộc gọi đuôi cho chúng ta bằng cách nhìn vào tổ hợp được tạo.
Điều này sẽ phục vụ như một ví dụ cực kỳ cụ thể về những gì đã được đề cập trong các câu trả lời khác, chẳng hạn như https://stackoverflow.com/a/9814654/895245 rằng việc tối ưu hóa có thể chuyển đổi các lệnh gọi hàm đệ quy thành một vòng lặp.
Điều này lần lượt tiết kiệm bộ nhớ và cải thiện hiệu suất, vì truy cập bộ nhớ thường là điều chính làm cho các chương trình chậm hiện nay .
Là một đầu vào, chúng tôi cung cấp cho GCC một giai thừa dựa trên ngăn xếp ngây thơ không được tối ưu hóa:
tail_call.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
unsigned factorial(unsigned n) {
if (n == 1) {
return 1;
}
return n * factorial(n - 1);
}
int main(int argc, char **argv) {
int input;
if (argc > 1) {
input = strtoul(argv[1], NULL, 0);
} else {
input = 5;
}
printf("%u\n", factorial(input));
return EXIT_SUCCESS;
}
GitHub ngược dòng .
Biên dịch và tháo rời:
gcc -O1 -foptimize-sibling-calls -ggdb3 -std=c99 -Wall -Wextra -Wpedantic \
-o tail_call.out tail_call.c
objdump -d tail_call.out
nơi -foptimize-sibling-callslà tên của tổng quát của cuộc gọi đuôi theo man gcc:
-foptimize-sibling-calls
Optimize sibling and tail recursive calls.
Enabled at levels -O2, -O3, -Os.
như đã đề cập tại: Làm cách nào để kiểm tra xem gcc có thực hiện tối ưu hóa đệ quy đuôi không?
Tôi chọn -O1vì:
- việc tối ưu hóa không được thực hiện với
-O0. Tôi nghi ngờ rằng điều này là do thiếu các biến đổi trung gian cần thiết.
-O3 tạo ra mã hiệu quả vô duyên sẽ không mang tính giáo dục cao, mặc dù nó cũng được gọi là đuôi được tối ưu hóa.
Tháo gỡ với -fno-optimize-sibling-calls:
0000000000001145 <factorial>:
1145: 89 f8 mov %edi,%eax
1147: 83 ff 01 cmp $0x1,%edi
114a: 74 10 je 115c <factorial+0x17>
114c: 53 push %rbx
114d: 89 fb mov %edi,%ebx
114f: 8d 7f ff lea -0x1(%rdi),%edi
1152: e8 ee ff ff ff callq 1145 <factorial>
1157: 0f af c3 imul %ebx,%eax
115a: 5b pop %rbx
115b: c3 retq
115c: c3 retq
Với -foptimize-sibling-calls:
0000000000001145 <factorial>:
1145: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
114a: 83 ff 01 cmp $0x1,%edi
114d: 74 0e je 115d <factorial+0x18>
114f: 8d 57 ff lea -0x1(%rdi),%edx
1152: 0f af c7 imul %edi,%eax
1155: 89 d7 mov %edx,%edi
1157: 83 fa 01 cmp $0x1,%edx
115a: 75 f3 jne 114f <factorial+0xa>
115c: c3 retq
115d: 89 f8 mov %edi,%eax
115f: c3 retq
Sự khác biệt chính giữa hai là:
việc -fno-optimize-sibling-callssử dụng callq, đó là cách gọi hàm không được tối ưu hóa điển hình.
Hướng dẫn này đẩy địa chỉ trả về ngăn xếp, do đó tăng nó.
Hơn nữa, phiên bản này cũng làm push %rbx, mà đẩy %rbxđến ngăn xếp .
GCC thực hiện điều này bởi vì nó lưu trữ edi, là đối số hàm đầu tiên ( n) vào ebx, sau đó gọi factorial.
GCC cần phải làm điều này bởi vì nó đang chuẩn bị cho một cuộc gọi khác factorial, sẽ sử dụng cuộc gọi mới edi == n-1.
Nó chọn ebxvì thanh ghi này được lưu callee: Những thanh ghi nào được lưu giữ thông qua lệnh gọi hàm linux x86-64 để subcall factorialkhông thay đổi và mất n.
những -foptimize-sibling-callskhông sử dụng bất kỳ hướng dẫn mà đẩy vào stack: nó chỉ thực hiện gotonhảy trong factorialcác hướng dẫn jevà jne.
Do đó, phiên bản này tương đương với một vòng lặp while, không có bất kỳ lệnh gọi chức năng nào. Sử dụng ngăn xếp là không đổi.
Đã thử nghiệm trong Ubuntu 18.10, GCC 8.2.