了解clang循环优化

问题描述

我有这段代码

#include  <cstdlib>
#include <time.h> 

int sum () {
  srand (time(NULL));
  unsigned long extra = rand() % 10; 
  int sum = 0;
  // #pragma nounroll. <<<< This makes no difference
  for (int i = 0; i < 16 + extra; ++i) {
    sum += i;
  }
    return sum;
}

并使用-O3，clang将其优化为以下内容，这让我大吃一惊。 （请注意，没有分支）

我真的不明白如何证明这种优化的正确性。 具体来说，使用两个看似魔术的数字（顺便说一句，在编译之间不会改变）似乎是令人迷惑的。此外，我想您称这些为“随机”，但不是出于rand()的精神，不是吗？

sum():                                # @sum()
        push    rax
        xor     edi,edi
        call    time
        mov     edi,eax
        call    srand
        call    rand
        cdqe
        imul    rcx,rax,1717986919. # <<<< magic number
        mov     rdx,rcx
        shr     rdx,63
        sar     rcx,34
        add     ecx,edx
        add     ecx,ecx
        lea     ecx,[rcx + 4*rcx]
        mov     edx,eax
        sub     edx,ecx
        neg     ecx
        add     eax,ecx
        add     eax,16
        lea     rcx,[rax - 1]
        movabs  rsi,8589934590 # <<< magic number
        add     rsi,rax
        imul    rsi,rcx
        shr     rsi
        lea     eax,[rsi + rdx]
        add     eax,15
        pop     rcx
        ret

为后代，海湾合作委员会提供了以下内容

sum():
        sub     rsp,8
        xor     edi,edi
        call    time
        mov     rdi,rax
        call    srand
        call    rand
        mov     esi,1
        movsx   rdx,eax
        mov     ecx,eax
        imul    rdx,rdx,1717986919
        sar     ecx,31
        sar     rdx,34
        sub     edx,[rdx+rdx*4]
        add     ecx,ecx
        sub     eax,ecx
        mov     edx,eax
        add     eax,16
        movsx   rcx,eax
        cmp     edx,-16
        cmovne  rsi,rcx
        cmp     eax,18
        jbe     .L6
        mov     rdx,rsi
        movdqa  xmm1,XMMWORD PTR .LC0[rip]
        pxor    xmm0,xmm0
        xor     eax,eax
        movdqa  xmm3,XMMWORD PTR .LC1[rip]
        shr     rdx,2
.L3:
        movdqa  xmm2,xmm1
        add     eax,1
        paddd   xmm1,xmm3
        paddd   xmm0,xmm2
        cmp     eax,edx
        jne     .L3
        movdqa  xmm1,xmm0
        mov     rdi,rsi
        psrldq  xmm1,8
        and     rdi,-4
        paddd   xmm0,xmm1
        movsx   rdx,edi
        movdqa  xmm1,xmm0
        psrldq  xmm1,4
        paddd   xmm0,xmm1
        movd    eax,xmm0
        cmp     rsi,rdi
        je      .L1
.L5:
        add     eax,edx
        add     rdx,1
        cmp     rcx,rdx
        ja      .L5
.L1:
        add     rsp,8
        ret
.L6:
        xor     edx,edx
        xor     eax,eax
        jmp     .L5
.LC0:
        .long   0
        .long   1
        .long   2
        .long   3
.LC1:
        .long   4
        .long   4
        .long   4
        .long   4

解决方法

代码确实调用rand，这就足够了。返回值将保存在rax寄存器中。如果将2³²**除以1717986919，您将得到2.499999999126885，该值非常接近10/4 ...使用常数（带移位）可以计算% 10，而不必使用昂贵的idiv操作码

此后，结果只是1 + 2 + 3 ... + n的算术级数的前n个项之和，即n(n + 1) / 2。第二个幻数与此计算有关。