C/C 編譯器選項如何透過 Push 和 Pop 指令最佳化堆疊使用？

使用Push 和Pop 指令優化堆棧使用的C/C 編譯器選項

簡介

在C/C中，當使用局部變數時，編譯器通常使用堆疊幀來管理記憶體分配。然而，為此目的使用壓入和彈出指令可以產生更緊湊且可能更快的程式碼。了解這兩種方法的優點和限制對於優化堆疊使用至關重要。

局部變數推送/彈出的好處

• 減少程式碼大小: Push/pop 指令比 sub/mov指令更緊湊，特別是對於小型指令
• 潛在的效能改進：在現代CPU 上，使用入棧/出棧指令可以避免額外的堆疊同步微指令，從而帶來潛在的速度提升。

具有Push/Pop 最佳化的編譯器

所有現代x86 編譯器支援用於最佳化堆疊使用的推播/彈出指令：

• Clang 和ICC 預設對局部變數使用推送/彈出。
• GCC 提供調整選項 (-mtune=haswell) 來啟用推送/彈出最佳化。
• MSVC 也支援推送/彈出，但為 Windows x64 呼叫約定保留額外的堆疊空間。

範例程式碼

為了說明差異，請考慮以下內容程式碼：

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

使用推播/彈出最佳化，此程式碼編譯為：

    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

不使用推播/彈出最佳化，它編譯為：

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

注意事項

雖然推播/彈出最佳化可能是有益的，意識到潛在的缺點很重要：

• 堆疊對齊：推送指令必須保持16 位元組堆疊對齊，這可能需要填充。
• 將推送/彈出與 RSP 尋址混合：將推送/彈出與基於 RSP 的尋址混合可以引入額外的Intel CPU 上的堆疊同步微指令。
• 異常和調試：非標準堆疊幀操作可能會幹擾展開和調試資訊。

結論

C/C 編譯器提供對推送/彈出優化的支持，這可能會導致以更緊湊且可能更快的程式碼。然而，仔細考慮堆疊對齊、尋址模式和潛在缺點對於有效實施至關重要。透過有效地利用push/pop指令，開發人員可以提高程式碼效率，同時平衡效能和可維護性。

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