Schleife mit einer Ausführungszeit von Null

Ist es möglich, eine Schleife mit einer Ausführungszeit von Null zu haben? Ich würde denken, dass sogar eine leere Schleife eine Ausführungszeit haben sollte, da damit ein Overhead verbunden ist.

Ja, nach der Als-ob-Regel ist der Compiler nur verpflichtet, das beobachtbare Verhalten des Codes zu emulieren. Wenn Sie also eine Schleife haben, die kein beobachtbares Verhalten aufweist, kann sie vollständig optimiert werden und hat daher effektiv keine Ausführungszeit .

Beispiele

Zum Beispiel der folgende Code:

int main()
{
  int j = 0 ;
  for( int i = 0; i < 10000; ++i )
  {
    ++j ;
  }
}

Kompiliert mit der gcc 4.9Verwendung des -O3Flags reduziert sich im Grunde auf das Folgende ( siehe live ):

main:
  xorl  %eax, %eax  #
  ret

Nahezu alle zulässigen Optimierungen fallen unter die Als-ob-Regel . Die einzige mir bekannte Ausnahme ist das Kopieren, das das beobachtbare Verhalten beeinflussen darf.

Einige andere Beispiele wären die Beseitigung von totem Code, mit der Code entfernt werden kann, von dem der Compiler nachweisen kann, dass er niemals ausgeführt wird. Zum Beispiel kann die folgende Schleife, obwohl sie tatsächlich einen Nebeneffekt enthält, optimiert werden, da wir beweisen können, dass sie niemals ausgeführt wird ( siehe live ):

#include <stdio.h>

int main()
{
  int j = 0 ;
  if( false ) // The loop will never execute
  {
    for( int i = 0; i < 10000; ++i )
    {
      printf( "%d\n", j ) ;
      ++j ;
    }
  }
}

Die Schleife wird wie im vorherigen Beispiel optimiert. Ein interessanteres Beispiel wäre der Fall, in dem eine Berechnung in einer Schleife in eine Konstante abgeleitet werden kann, wodurch die Notwendigkeit einer Schleife vermieden wird ( nicht sicher, in welche Optimierungskategorie dies fällt ), zum Beispiel:

int j = 0 ;
for( int i = 0; i < 10000; ++i )
{
  ++j ;
}
printf( "%d\n", j ) ;

kann weg optimiert werden, um ( live zu sehen ):

movl    $10000, %esi    #,
movl    $.LC0, %edi #,
xorl    %eax, %eax  #
call    printf  #

Wir können sehen, dass es keine Schleife gibt.

Wo ist als ob Regel in der Norm abgedeckt

Die Als-ob-Regel wird im Entwurf des C99-Standardabschnitts 5.1.2.3 Programmausführung behandelt, in dem es heißt:

In der abstrakten Maschine werden alle Ausdrücke gemäß der Semantik ausgewertet. Eine tatsächliche Implementierung muss keinen Teil eines Ausdrucks auswerten, wenn daraus geschlossen werden kann, dass sein Wert nicht verwendet wird und keine erforderlichen Nebenwirkungen auftreten (einschließlich solcher, die durch den Aufruf einer Funktion oder den Zugriff auf ein flüchtiges Objekt verursacht werden).

Die Als-ob-Regel gilt auch für C ++ und gccführt auch im C ++ - Modus zum gleichen Ergebnis. Der C ++ - Standardentwurf behandelt dies im Abschnitt 1.9 Programmausführung :

Die semantischen Beschreibungen in dieser Internationalen Norm definieren eine parametrisierte nichtdeterministische abstrakte Maschine. Diese Internationale Norm stellt keine Anforderungen an die Struktur konformer Implementierungen. Insbesondere müssen sie die Struktur der abstrakten Maschine nicht kopieren oder emulieren. Vielmehr sind konforme Implementierungen erforderlich, um (nur) das beobachtbare Verhalten der abstrakten Maschine zu emulieren, wie nachstehend erläutert.5

Ja - Wenn der Compiler feststellt, dass die Schleife toter Code ist (niemals ausgeführt wird), generiert er keinen Code dafür. Diese Schleife hat eine Ausführungszeit von 0, obwohl sie streng genommen auf Maschinencodeebene nicht vorhanden ist.

Neben Compiler-Optimierungen weisen einige CPU-Architekturen, insbesondere DSPs, keine Overhead-Schleifen auf , wobei eine Schleife mit einer festen Anzahl von Iterationen von der Hardware effektiv optimiert wird (siehe z. B. http://www.dsprelated.com/showmessage/20681) /1.php

Der Compiler ist nicht verpflichtet, den Ausdruck oder einen Teil eines Ausdrucks auszuwerten, der keine Nebenwirkungen hat und dessen Ergebnis verworfen wird.

Harbison und Steele, C: Ein Referenzhandbuch