C / C ++编译器是否会通过重用最近计算的函数结果来优化代码？

Question

假设我有一个函数double F(double x)，让我们假设为了这个例子，调用F是昂贵的。

假设我写了一个函数f来计算F的平方根：

double f(double x){
   return sqrt(F(x));
}

在第三个函数sum我计算f和F的总和：

double sum(double x){
   return F(x) + f(x);
}

由于我想最小化对F的调用，因此上述代码与例如

double sum_2(double x){
   double y = F(x);
   return y + sqrt(y);
}

但由于我很懒惰或愚蠢，或者想让我的代码尽可能清晰，我选择了第一个定义。

C / C ++编译器是否会优化我的代码，因为它意识到F(x)的值可以重用来计算f(x)，就像在sum_2中一样？

非常感谢。

Answer 1

C / C ++编译器是否会通过认识到F（x）的值可以重用来计算f（x）来优化我的代码，就像在sum_2中一样？

也许。两种语言都不需要这样的优化，它们是否允许它取决于F()实现的细节。一般来说，不同的编译器在这种情况下表现不同。

完全合理的是，编译器会将函数f()内联到函数sum()中，这将使它有机会认识到有两个调用F(x)会导致相同的结果。在这种情况下，如果F()没有副作用，那么可以想象编译器只会发出一次对F()的调用，重用结果。

特定实现可以具有可以用于帮助编译器得出这样结论的扩展。但是，如果没有将这样的扩展应用于该问题，我认为编译器不太可能发出只执行一次F()调用并重用结果的代码。

Answer 2

您所描述的内容称为memoization，一种（通常）运行时缓存的形式。虽然这可能在编译器中实现，但它通常不在C编译器中执行。

C ++确实有一个聪明的解决方法，使用STL，几年前详细的at this blog post;还有一个稍微更新的SO答案here。值得注意的是，通过这种方法，编译器不会“巧妙地”推断函数的多个相同结果将被重用，但效果大致相同。

有些语言（如Haskell）具有编译时记忆功能，但编译器体系结构与Clang或GCC / G ++完全不同。

Answer 3

许多编译器使用提示来确定是否可以重用先前函数调用的结果。一个经典的例子是：

for (int i=0; i < strlen(str); i++)

在没有对此进行优化的情况下，该循环的复杂度至少为O（n2），但在优化之后它可以是O（n）。

gcc，clang和许多其他人可以采取的提示是__attribute__((pure))和__attribute__((const))，它们被描述为here。例如，GNU strlen被声明为纯函数。

GCC可以检测pure functions，并建议程序员哪些功能应该是纯粹的结婚。实际上，它会自动执行以下简单示例：

unsigned my_strlen(const char* str) 
{
    int i=0;
    while (str[i])
       ++i;
    return i;
} 

unsigned word_len(const char *str)
{
    for (unsigned i=0 ; i < my_strlen(str); ++i) {
        if (str[i] == ' ')
           return i;
    }
    return my_strlen(str);
}

你可以用qazxsw poi qazxsw poi for gcc。它在整个see the compilation result函数中只调用qazxsw poi一次。 Clang 7.0.0似乎没有执行此优化。

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