Крис Касперски

…вычислительная машина – новый могущественный инструмент.

Однако немногие имеют представление об источнике этого могущества.

Дж Вейценбаум Дж

«Возможности вычислительных машин и человеческий разум. От суждений к вычислениям»

Что находится под черной крышкой оптимизирующего компилятора? Чем один из них отличается от другого? Правда ли, что Intel C++ намного круче GCC, а сам GCC бьет любой Windows-компилятор? Хотите узнать, как помочь оптимизатору сгенерировать более эффективный код? Сегодня мы займемся исследованием двух наиболее популярных Linux-компиляторов: GCC 3.3.4 и Intel C++ 8.0, а конкретно – сравнением мощности их оптимизаторов. Для полноты картины в этот список включен Microsoft Visual C++ 6.0 – один из лучших Windows-компиляторов.

Общие соображения по оптимизации

Качество оптимизирующих компиляторов обычно оценивают по результатом комплексных тестов (мультимедийных, «общесистемных» или математических). Что именно оптимизируется и как – остается неясным. Основной «интеллект» оптимизаторов сосредоточен в высокоуровневом препроцессоре – своеобразном «ликвидаторе» наиболее очевидных программистских ошибок. Чем качественнее исходный код, тем хуже он поддается оптимизации. Только ведь… над качественным кодом работать надо! Много знать и ожесточенно думать, ломая карандаши или вгрызаясь в клавиатуру. Кому-то это в радость, а кто-то предпочитает писать кое-как. Все равно, мол, компилятор соптимизирует!

Желание перебросить часть работы на транслятор – вполне естественное и нормальное (для творчества больше времени останется), но при этом нужно заранее знать, что именно он оптимизирует, а что только пытается. Но как это можно узнать? На фоне полнейшей терминологической неразберихи, когда одни и те же приемы оптимизации в каждом случае называются по-разному, прячась за ничего не говорящими штампами типа «copy propagation» (размножение копий) или «redundancy elimination» (устранение избыточности), требуется очень качественная документация на компилятор, но она – увы – обычно ограничивается тупым перечислением оптимизирующих ключей с краткой пометкой за что каждый из них отвечает. Какие копии размножает компилятор и с какой целью? Какую избыточность он устраняет и зачем? Не является ли размножение внесением избыточности, которую самому же оптимизатору и приходится удалять?!

Взять хотя бы документацию на компилятор Intel C++ 7.0/8.0. Это просто перечень ключей командной строки, разбавленный словесным мусором, в котором нет никакой конкретики. Скачайте для сравнения документацию на компилятор фирмы Hewlett-Packard: http://docs.hp.com/en/B6056-96002/B6056-96002.pdf. Доходчивое описание архитектуры процессора, советы по кодированию, тактика и стратегия оптимизирующей трансляции на конкретных примерах. Настоящая библия программиста!

Остальные компиляторы оптимизируют примерно таким же образом, поэтому эта библия вполне приемлема и для них. «Эффективность оптимизации» из абстрактных цифр превращается в серию простых тестов, каждый из которых можно прогнать через транслятор и потрогать руками. Дизассемблирование откомпилированных файлов позволяет однозначно установить – справился оптимизатор со своей задачей или нет.

В данной статье сравниваются два наиболее популярных Linux-компилятора: GCC 3.3.4 (стабильная версия, проверенная временем, входящая в большинство современных дистрибутивов) и Intel C++ 8.0 (далее по тексту icl), позиционируемый как самый эффективный компилятор всех временен и народов, 30-дневная ознакомительная, а также бесплатная для некоммерческого применения полнофункциональная Linux-версия которого лежит на ftp-сервере Intel: ftp://download.intel.com/software/products/compilers/downloads/l_cc_p_8.0.055.tar.gz. Некоммерческую лицензию можно оформить прямо на сайте компании (без лицензии компилятор работать не будет). Для полноты картины в этот список включен древний, но все еще используемый Windows-компилятор Microsoft Visual C++ 6.0, для краткости обозначаемый, как msvc. Если не оговорено обратное, приведенные примеры должны компилироваться со следующими ключами: -O3 -march= pentium3 (gcc), -O3 -mcpu=pentium4 (icl) и /Ox (msvc). Разница между архитектурами объясняется тем, что GCC 3.3.4 еще не поддерживает режима оптимизации для Pentium 4, а Intel C++8.0 не имеет специального ключа для Pentium III, в результате чего между ними возникает некоторая «нестыковка». Однако на результаты наших экспериментов она никак не влияет, поскольку никакие специфичные для Pentium 4 возможности здесь не используются.