C/C 编译器选项如何通过 Push 和 Pop 指令优化堆栈使用？

使用 Push 和 Pop 指令优化堆栈使用的 C/C 编译器选项

简介

在C/C中，当使用局部变量时，编译器通常使用堆栈帧来管理内存分配。然而，为此目的使用压入和弹出指令可以产生更紧凑且可能更快的代码。了解这两种方法的优点和局限性对于优化堆栈使用至关重要。

局部变量推送/弹出的好处

• 减少代码大小: Push/pop 指令比 sub/mov 指令更紧凑，特别是对于小型指令
• 潜在的性能改进：在现代 CPU 上，使用入栈/出栈指令可以避免额外的堆栈同步微指令，从而带来潜在的速度提升。

具有 Push/Pop 优化的编译器

所有现代x86 编译器支持用于优化堆栈使用的推送/弹出指令：

• Clang 和 ICC 默认情况下对局部变量使用推送/弹出。
• GCC 提供调整选项 (-mtune=haswell) 来启用推送/弹出优化。
• MSVC 也支持推送/弹出，但为 Windows x64 调用约定保留额外的堆栈空间。

示例代码

为了说明差异，请考虑以下内容代码：

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

使用推送/弹出优化，此代码编译为：

    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

不使用推送/弹出优化，它编译为：

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

注意事项

虽然推送/弹出优化可能是有益的，意识到潜在的缺点很重要：

• 堆栈对齐：推送指令必须保持 16 字节堆栈对齐，这可能需要填充。
• 将推送/弹出与 RSP 寻址混合：将推送/弹出与基于 RSP 的寻址混合可以引入额外的Intel CPU 上的堆栈同步微指令。
• 异常和调试：非标准堆栈帧操作可能会干扰展开和调试信息。

结论

C/C 编译器提供对推送/弹出优化的支持，这可能会导致以更紧凑且可能更快的代码。然而，仔细考虑堆栈对齐、寻址模式和潜在缺点对于有效实施至关重要。通过有效地利用push/pop指令，开发人员可以提高代码效率，同时平衡性能和可维护性。

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