浅谈Gcc4.4.4优化

     Intel Compiler的编译器默认会加载一些有利于程序运行效率的开关，这也是Intel的编译器领先于其他编译器默认开关的原因之一。其实，作为跨平台的编译器，Gcc在选用恰当的优化选项后，运行效率在某些方面也是堪比Intel Compiler的。

     下面仅列举Gcc常用的优化选项。有的含义不作说明，请参看帮助文档。

1、-O系列

（1）-O和-O1

      包含下列选项

-fauto-inc-dec
-fcprop-registers
-fdce
-fdefer-pop
-fdelayed-branch
-fdse
-fguess-branch-probability
-fif-conversion2
-fif-conversion
-finline-small-functions
-fipa-pure-const
-fipa-reference
-fmerge-constants -fsplit-wide-types
-ftree-builtin-call-dce
-ftree-ccp
-ftree-ch
-ftree-copyrename
-ftree-dce
-ftree-dominator-opts
-ftree-dse
-ftree-fre
-ftree-sra
-ftree-ter
-funit-at-a-time
-fomit-frame-pointer

 

(2)-O2

    除了加载-O1的选项外，还加载

-fthread-jumps
-falign-functions -falign-jumps
-falign-loops -falign-labels
-fcaller-saves
-fcrossjumping
-fcse-follow-jumps -fcse-skip-blocks
-fdelete-null-pointer-checks
-fexpensive-optimizations
-fgcse -fgcse-lm
-findirect-inlining
-foptimize-sibling-calls
-fpeephole2
-fregmove
-freorder-blocks -freorder-functions
-frerun-cse-after-loop
-fsched-interblock -fsched-spec
-fschedule-insns -fschedule-insns2
-fstrict-aliasing -fstrict-overflow
-ftree-switch-conversion
-ftree-pre
-ftree-vrp

（3）-O3

      除了加载-O2外，还加载

-finline-functions
-funswitch-loops’?
-fpredictive-commoning
-fgcse-after-reload
-ftree-vectorize

（4）-Os

     为代码尺寸而优化代码。

     除了包含-O2的开关外，-Os还会使得下列开关禁用。

-falign-functions 
-falign-jumps 
-falign-loops
-falign-labels 
-freorder-blocks 
-freorder-blocks-and-partition
-fprefetch-loop-arrays 
-ftree-vect-loop-version

    另外，对于多个-O选项的情形，最后一个加载的为有效。比如gcc –O1 –Os –O3 –o test test.c，有效的优化开关为-O3。

    一般来说，用的最多的是-O3和-Os，如果遇到程序运行不正常的问题，请降低优化级别，如把-O3改为-O2（情况很少见）。

 

2、针对目标机器

（1）-march=cpu-type

     为cpu-type所针对的机器开启需要的指令集。

     cpu-type可以为pentium4、core2、athlon-4等（具体参见文档），比如-march=core2时，则会开启core2所支持的MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3指令集。

     另外还支持native类型，为编译器所在目前的CPU类型优化指令集，指定-march=native。

（2）-mfpmath=unit

     选择浮点运算单元。

     unit可以为387和sse。

    387为x86系列的默认值，使用标准的387浮点协处理器。

    sse为x64的默认值，使用sse指令集。

    一般你的程序如果有大量的浮点运算的话，在P4和K8以上级别的处理器上推荐开启-mfpmath=sse。

（3）加载指定指令集。

     可以使用-msse2、-msse4.1加载指定的指令集。

 

3、其他比较有效的选项

（1）-ftracer

     执行尾部复制以扩大超级块的尺寸，它简化了函数控制流，从而允许其它的优化措施做的更好。单独使用没啥意义，和其他优化选项一起使用很有效。

（2）-ffast-math

     违反IEEE/ANSI标准以提高浮点数计算速度，是个危险的选项，仅在编译不需要严格遵守IEEE规范且浮点计算密集的程序考虑采用。不考虑精度时使用这个选项速度会加快。

（3）-fivopts

     在trees上执行归纳变量优化。

（4）-ftree-parallelize-loops=n

     使循环并行化。只当循环无数据依赖时使用，在多核CPU上时使用才会有利。

（5）-ftree-loop-linear

     在trees上进行线型循环转换。它能够改进缓冲性能并且允许进行更进一步的循环优化。

（6）-fforce-addr

     必须将地址复制到寄存器中才能对他们进行运算。由于所需地址通常在前面已经加载到寄存器中了，所以这个选项可以改进代码。

（7）-floop-interchange

     交换循环变量。

    例如

DO J = 1, M
    DO I = 1, N
        A(J, I) = A(J, I) * C
    ENDDO
ENDDO

    会改变为

DO I = 1, N
    DO J = 1, M
        A(J, I) = A(J, I) * C
    ENDDO
ENDDO

    改变后，如果N比缓冲区大的话，会更有效率。这是因为Fortran里数组是以列主元为排列方式的。当然这个选项并不仅仅用于Fortran，Gcc家族的编译器都有效。

（8）-fvisibility=hidden

    设置默认的ELF镜像中符号的可见性为隐藏。使用这个特性可以非常充分的提高连接和加载共享库的性能，生成更加优化的代码，提供近乎完美的API输出和防止符号碰撞。我们强烈建议你在编译任何共享库（Dll）的时候使用该选项。

      -fvisibility-inlines-hidden

    默认隐藏所有内联函数，从而减小导出符号表的大小，既能缩减文件的大小，还能提高运行性能，强烈建议你在编译任何共享库的时候使用该选项。

（9）-minline-all-stringops

    默认时GCC只将确定目的地会被对齐在至少4字节边界的字符串操作内联进程序代码。该选项启用更多的内联并且增加二进制文件的体积，但是可以提升依赖于高速 memcpy, strlen, memset 操作的程序的性能。

（10)-m64

    生成专门运行于64位环境的代码，不能运行于32位环境，仅用于x86_64[含EMT64]环境。

(11)-fprefetch-loop-arrays

    生成数组预读取指令，对于使用巨大数组的程序可以加快代码执行速度，适合数据库相关的大型软件等。具体效果如何取决于代码。不能和-Os一起使用。

（12）-pipe

    在编译过程的不同阶段之间使用管道而非临时文件进行通信，可以加快编译速度。建议使用。

 

4、推荐选项开关

    综上，比较安全的开关为

-pipe -O3(-Os) -march=native -mfpmath=sse -msse2 -ftracer 
-fivopts -ftree-loop-linear -fforce-addr

    如果不需要多高的精度，比如GUI框架之类，加入

-ffast-math

    如果是编译的是共享库（.dll，.a）加入

-fvisibility=hidden
-fvisibility-inlines-hidden