VC++.NET 2003代码优化方法

　　概要：这篇文章介绍了Visual C++.NET 2003中的代码优化。另外，有些读者可能对VC.NET 2002的优化不太了解，所以我们会简短介绍一下全程优化(Whole Program Optimization)。最后我们用一些例子充分表现一下VC.NET的优化性能，并对其讨论。

　　前言

　　人们在使用一个新的编程工具时总会感到缺乏自信，本文试图让你对VC的代码优化有更直观的感觉，希望你能通过阅读本文从VC中"得到"更多的东西。

　　Visual C++ .NET 2003

　　VC.NET 2003不仅带来了两个新的优化选项，它还改进了VC.NET 2002中一些优化的性能。

　　第一个新增选项是"/G7"，它告诉编译器对Intel Pentium 4和AMD Athlon处理器进行优化。

　　使用"/G7"选项编译的程序，当我们和VC.NET 2002生成的代码比较时发现，它通常能使典型的程序的运行速度提高5到10个百分点，如果使用了大量浮点代码甚至能提高10到15个百分点。而提高的优化程度可能很高也可能较低，在一些使用最新CPU和"/G7"选项的测试中，甚至提高了20%的性能。

　　使用"/G7"选项不代表生成的代码只能运行在Intel Pentium 4和AMD Athlon处理器上。这些代码仍可以运行在老的CPU上，只是在性能表现上可能有"小小的惩罚"。另外，我们观察到一些程序使用"/G7"后在AMD Athlon上运行的比用Intel Pentium 4更慢。

　　当没使用"/Gx"选项时，编译器会默认使用"/GB"选项，此时为"blended"优化模式。在VC.NET 2002和VC.NET 2003中，"/GB"代表"/G6"，即为Intel Pentium Pro， Pentium II， Pentium III处理器优化。

　　这儿有一个例子，它展示了做与常整数乘法时使用Pentium 4和"/G7"的优化效果，下面是源代码：

int i; … // Do something that assigns a value to i. … return i*15;

　　当使用"/G6"时，生成了目标代码：

mov eax, DWORD PTR _i$[esp-4] imul eax, 15

　　当使用"/G7"时，生成了更快(可惜更长)的代码，它没用imul(乘)指令，在Pentium 4上执行只需要14个周期。目标代码如下：

mov ecx, DWORD PTR _i$[esp-4] mov eax, ecx shl eax, 4 sub eax, ecx

　　第二个优化选项是"/arch:[argument]"，用它可对SSE或SSE2优化，生成使用Streaming SIMD Extensions (SSE) 和 Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) 指令集的程序。当使用"/arch:SSE"选项时，目标代码只能运行在支持SSE指令(如：CMOV， FCOMI， FCOMIP， FUCOMI， FUCOMIP)的CPU上。当使用"/arch:SSE2"选项时，目标代码只能运行在支持SSE2指令集的CPU上。

　　相比于"/G7"，使用了SSE或SSE2优化的程序，一般能减少2-3%的运行时间，个别测试中甚至能减少5%的运行时间。

　　使用"/arch:SSE"可得到以下效果：

　　1、在使用单精度浮点数时，使用SSE指令对其处理。

　　2、使用CMOV指令，它最早被Pentium Pro支持。

　　3、使用FCOMI， FCOMIP， FUCOMI， FUCOMIP指令，它们也是最早被Pentium Pro支持的。

　　使用"/arch:SSE2"的话，可以得到所有"/arch:SSE"选项的效果，另外还有以下几个效果：

　　1、在使用双精度浮点数时，使用SSE2指令对其处理。

　　2、使SSE2指令集做64位切换。(原文：Making use of SSE2 instructions for 64-bit shifts)

　　还有其它的好处，在同时使用"/arch:SSE"或"/arch:SSE2” 和 "/GL"(全程优化)选项选项时，编译器会对浮点参数和浮点返回值做函数调用规则优化。

　　上面说的几点优化特性已经包括于VC.NET 2003里了。另外还有一点就是能消除"死参数"--从没被用过的参数。比如：

int f1(int i, int j, int k) { return i + k; } int main() { int n = a+b+c+d; m = f1(3, n, 4); return 0; }

　　在函数f1()中，第二个参数从没被使用过。当我们用"/GL"(全程优化)选项时，编译器将产生如下目标代码来调用f1()：

mov eax, 4 mov ecx, 3 call ?f1@@YAHHHH@Z mov DWORD PTR ?m@@3HA, eax

　　在这个例子里，变量"n"从没被运算，只有两个参数被f1()使用，所以只传递那两个参数(并且它们是从寄存器传过去的，这比使用栈传更快)。另外，编译这个例子时要禁止内联(inlining)，否则函数f1()就不存在了，而直接给m赋予值7。



　　Visual C++ .NET 2002

　　VC.NET 2002引入了全程优化(Whole Program Optimization，缩写为WPO)的概念，"/GL"选项代表使用全程优化。全程优化意味着：编译器在.obj文件中存放的是代码的中间表达而不是目标代码，在连接时连接器对其优化处理并生成真正的目标代码。

　　全程优化的一个主要好处在于我们可以跨越源文件进行函数内联，这将大大提高程序的性能。还有一个好处在于编译器可以跟踪内存和寄存器的使用，以便优化使函数调用的开销更小。

　　下面的代表展示了全程优化的表现：

// File 1 extern void func (int *, int *); int g, h; int main() { int i = 0; int j = 1; g = 5; h = 6; func(&I, &j); g = g + i; h = h + i; return 0; } // File 2 extern int g; extern int h; void func(int *pi, int *pj) { *pj = g; h = *pi; }

　　当不使用"/GL"选项时，生成了如下代码：

sub esp, 8 lea eax, DWORD PTR _j$[esp+8] push eax lea ecx, DWORD PTR _i$[esp+12] push ecx mov DWORD PTR _i$[esp+16], 0 mov DWORD PTR _j$[esp+16], 1 mov DWORD PTR ?g@@3HA, 5 mov DWORD PTR ?h@@3HA, 6 call ?func@@YAXPAH0@Z mov eax, DWORD PTR _i$[esp+16] mov edx, DWORD PTR ?g@@3HA mov ecx, DWORD PTR ?h@@3HA add edx, eax add ecx, eax mov DWORD PTR ?g@@3HA, edx mov DWORD PTR ?h@@3HA, ecx xor eax, eax add esp, 16 ret 0

　　当使用了"/GL"时，你会看到下面的代码，现在的代码短多了。注意编译这个例子时同样要注意关掉内联优化。

sub esp, 8 lea ecx, DWORD PTR _j$[esp+8] lea edx, DWORD PTR _i$[esp+8] mov DWORD PTR _i$[esp+8], 0 mov DWORD PTR ?g@@3HA, 5 mov DWORD PTR ?h@@3HA, 6 call ?func@@YAXPAH0@Z mov DWORD PTR ?g@@3HA, 5 xor eax, eax add esp, 8 ret 0

　　表现优化的最好例子

　　VC编译器包括两个主要的优化参数，"/O1"和"/O2"。"/O1"代表最小尺寸，选了它编译器认为用了以下选项。

　　1./Og 全局优化，比如经常用到的变量使用寄存器保存，或者循环内的计算优化

　　2./Os 程序（exe或dll）尺寸优化优先于代码速度优化

　　3./Oy 使用帧指针，以提高函数调用速度

　　4./Ob2 编译器“觉得”应该使用内联的函数，都使用内联

　　5./GF 使用只读字符串池

　　6./Gy 告诉编译器将各个函数按打包格式编译

　　"/O2"选项代表最快速度，它基本上与"/O1"相同，只是用"/Ot"(更快的代码)代替了"/Os"。另外还有"/Oi"代表了展开内联函数。

　　一般来说，对小程序使用最快优化，对大程序使用最小尺寸优化，这是因为尺寸大的程序通常能导致加载缓慢，CACHE命中率低，系统频繁切换分布内存等问题。使用最小尺寸优化，编译不再展开循环，也不会采用更长的代码。

　　在选择了主要优化选项后，用profile去寻找"热区"是一个好办法，这样你可以对程序不同部分做最适当的优化。比如如果你用最小尺寸优化后，用profile发现有几个函数执行的很频繁，那你就可以把那几个函数按最快速度优化。


　　VC编译器可以对特定函数进行优化选项!

　　比如，如果你发现fiddle()函数被调用的频率很高，那你就可以让编译器只对这个函数进行最快速度优化，这样：

#pragma optimize("t", on) int fiddle(S *p) { …; } #pragma optimize("", on)

　　除了"/O1"和"/O2"以外，还有"/Ox"选项，它很与"/O2"效果相同，而"/Ox"与"/Os"组合则与"/O1"效果相同。我们推荐使用"/O1"和"/O2"，而不是用"/Ox"。

　　至此，我们讨论了"/G7"，"/arch"和"/GL"优化选项。

　　除了上面介绍的，VC还提供了两个：

　　1./GA 优化静态线程局部存储。(不要用于DLL project，用了也没效果)

　　2./Gr 使用__fastcall作默认调用规则，这代表头两个参数会用寄存器传送(如果参数能装进寄存器)。

　　另外的一个选项是"/opt:ref"，用它可以通知连接器，在连接时去掉没被调用的函数和没被使用的数据。用"/opt:icf"选项能合并相同函数(比如你的程序可能通过模板展开了好几遍)，这时优化也能减小程序的尺寸。

　　Visual C++ .NET中的优化改进

　　这儿有3个重要的优化选项，你可以把它们用在VC.NET 2003的项目中。虽然VC.NET 2002也提供了这些选项，但VC.NET 2003对它们做了性能上的改进。

　　下表简要的描述了它们，如果你想了解更详细的内容，请查阅VC所带的文档。

选项	效果
/RTC1	使用无优化的Debug模式，编译器插入动态检测代码以帮助你发现程序中的错误。比如你没有初始化的内存，或者你把__stdcall和__cdecl弄混了。
/GS	加入检测静态缓冲区(栈)溢出的代码，黑客就不能覆盖函数返回的地址以执行恶意代码。 注意：这不意味着你可以高枕无忧，你仍要留心编写安全的代码！
/Wp64	检测生成64位代码的问题，通过它你可以发现移植到64位环境下你的代码可能出现的问题。

　　结论

　　VC.NET 2003引入了两个新的优化选项，同时也改进了VC.NET 2002中的几个优化的性能，希望你能通过VC.NET 2003的优化选项来提高你程序的质量。

原文转自：http://www.ltesting.net

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