Wie können C/C-Compiler-Optionen die Stack-Nutzung mit Push- und Pop-Anweisungen optimieren?

C/C-Compiler-Optionen zur Optimierung der Stack-Nutzung mit Push- und Pop-Anweisungen

Einführung

In C/C verwenden Compiler bei der Arbeit mit lokalen Variablen normalerweise Stapelrahmen, um die Speicherzuweisung zu verwalten. Die Verwendung von Push- und Pop-Anweisungen für diesen Zweck kann jedoch zu kompakterem und möglicherweise schnellerem Code führen. Das Verständnis der Vorteile und Einschränkungen beider Ansätze ist für die Optimierung der Stack-Nutzung von entscheidender Bedeutung.

Vorteile von Push/Pop für lokale Variablen

• Reduzierung der Codegröße : Push/Pop-Anweisungen sind kompakter als ihre Sub/Mov-Gegenstücke, insbesondere für kleine Werte.
• Potenzielle Leistungsverbesserung: Auf modernen CPUs können durch die Verwendung von Push/Pop-Anweisungen zusätzliche Stapelsynchronisierungs-Uops vermieden werden, was zu potenziellen Geschwindigkeitsgewinnen führt.

Compiler mit Push/Pop-Optimierung

Alle modernen x86-Compiler unterstützen Push/Pop-Anweisungen zur Optimierung der Stack-Nutzung:

• Clang und ICC verwenden standardmäßig Push/Pop für lokale Variablen.
• GCC bietet Tuning-Optionen (-mtune=haswell), um Push/Pop zu aktivieren Optimierung.
• MSVC unterstützt auch Push/Pop, reserviert aber zusätzlichen Stapelplatz für die Windows x64-Aufrufkonvention.

Beispielcode

Um den Unterschied zu veranschaulichen, betrachten Sie den folgenden Code:

void foo() {
    int a = 1, b = 2;
    extfunc(&a, &b);
}

Mit Push/Pop-Optimierung, Dieser Code wird wie folgt kompiliert:

    push    2
    lea     rdi, [rsp + 4]
    mov     dword ptr [rdi], 1
    mov     rsi, rsp                # special case for lea rsi, [rsp + 0]
    call    extfunc(int*, int*)
    pop     rax
    ret

Ohne Push/Pop-Optimierung wird er wie folgt kompiliert:

    sub     rsp, 8
    mov     dword ptr [rsp+8], eax
    mov     dword ptr [rsp+4], ecx
    mov     dword ptr [rsp], edx
    ...
    add     rsp, 8

Überlegungen

Während Push/Pop Da eine Optimierung von Vorteil sein kann, ist es wichtig, sich des Potenzials bewusst zu sein Nachteile:

• Stapelausrichtung:Push-Anweisungen müssen eine 16-Byte-Stapelausrichtung beibehalten, was möglicherweise Auffüllen erforderlich macht.
• Push/Pop mit RSP mischen Adressierung: Das Mischen von Push/Pop mit RSP-basierter Adressierung kann bei Intel zu zusätzlichen Stack-Synchronisierungsproblemen führen CPUs.
• Ausnahmen und Debugging: Nicht standardmäßige Stack-Frame-Manipulation kann das Abwickeln und Debuggen von Informationen beeinträchtigen.

Fazit

C/C-Compiler bieten Unterstützung für Push/Pop-Optimierung, was zu kompakterem und potenziell schnellerem Code führen kann. Für eine effektive Implementierung ist jedoch eine sorgfältige Abwägung der Stapelausrichtung, der Adressierungsmodi und möglicher Nachteile von entscheidender Bedeutung. Durch die effektive Nutzung von Push/Pop-Anweisungen können Entwickler ihre Codeeffizienz steigern und gleichzeitig Leistung und Wartbarkeit in Einklang bringen.

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