编译优化学习

转自：https://juejin.cn/post/6933180767656738824

1.介绍

代码 -> 词法语法分析 -> 语义分析 -> 中间代码生成 -> 目标代码生成

• 编译器：中间代码生成。编译器会尝试对中间代码进行优化，通过减少无效或冗余的代码、计算强度优化等手段，以助于减少最终生成的指令数，或使用更高效的指令。编译器 为了提升代码最终的执行效率，会进行一个非常重要的步骤，就是编译优化。
• 指令集：基于中间代码生成机器可执行的目标代码，这个过程和操作系统、指令集、内存等相关。其中，不同的指令集也会带来不同的效率。

2.优化级别

在默认情况下，gcc 编译器不开启编译优化，因为编译器的目标是减少编译时间、保证编译结果能够按照期望进行测试。 （开启编译优化编译时长会增加，bin文件大小也会增加，但最终代码执行效率会增加） 

命令行执行开启编译优化：

g++ -O2 example.cpp -o example

cmake中开启编译优化：

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -O2") #变量拼接

#设置debug和release
set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_CXX_FLAGS} -O0")
# -DNDEBUG 常用的一个宏，用来禁用标准库中的所有断言（assert）调用，进一步提高代码的运行效率。
set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS} -O2 -DNDEBUG")
#需要在编译时置顶变量
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug/Release ..

不同编译优化级别编译时间、文件大小比较：

• cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug .. &&make -j12，编译优化级别O0，编译bin文件大小：723M，耗时8min 10s
• cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release .. &&make -j12，编译优化级别O2 -DNDEBUG，编译bin文件大小：936M，耗时 11min 40s
• cmake .. &&make -j12，编译优化级别O2，编译bin文件大小：946M，耗时 11min 58s

可见，编译优化等级越高，bin文件越大，编译耗时越长，执行效率会越高。

3.优化类型 

https://zhuanlan.zhihu.com/p/381490718，https://oi-wiki.org/lang/optimizations/

• 常量传播
• 常量折叠（替换）
• 复写传播（替换）
• 公共子表式消除
• 无用代码消除。永远不能被执行到的代码或者没有任何意义的代码会被清除掉。
• 方法内联。将比较简短的函数或者方法代码直接粘贴到其调用者中，以减少函数调用时的开销。
• 循环旋转，循环不变量外提。
• 循环展开。因为直接赋值的效率是最高的。for循环还有条件判断，循环条件变化这些。
• 自动尾递归改写。

开编译优化也有副作用。