使用-O3或-Ofast编译基准代码现实吗?还是会删除代码

Is it realistic to use -O3 or -Ofast to compile your benchmark code or will it remove code?

本文关键字：代码 删除 -O3 -Ofast 编译 基准 使用      更新时间：2023-10-16

当用-O3编译下面的基准代码时，它在延迟方面的差异给我留下了深刻的印象，所以我开始怀疑编译器是否通过某种方式删除代码来"作弊"。有办法检查一下吗？使用-O3进行基准测试安全吗？期望速度提高15倍是否现实？

无-O3的结果：平均值：239纳米最小值：230纳米(900万次迭代(
-O3的结果：平均值：14纳米，最小值：12纳米(900万次迭代(

int iterations = stoi(argv[1]);
int load = stoi(argv[2]);
long long x = 0;
for(int i = 0; i < iterations; i++) {
    long start = get_nano_ts(); // START clock
    for(int j = 0; j < load; j++) {
        if (i % 4 == 0) {
            x += (i % 4) * (i % 8);
        } else {
            x -= (i % 16) * (i % 32);
        }
    }
    long end = get_nano_ts(); // STOP clock
    // (omitted for clarity)
}
cout << "My result: " << x << endl;

注意：我使用clock_gettime来测量：

long get_nano_ts() {
    struct timespec ts;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
    return ts.tv_sec * 1000000000 + ts.tv_nsec;
}

在启用优化的情况下编译时，编译器肯定会"作弊"并删除不必要的代码。实际上，它花了很长的时间来加快代码的速度，这几乎总是会带来令人印象深刻的速度。如果它能够以某种方式推导出一个在恒定时间内计算结果的公式，而不是使用这个循环，它会的。常数因子15并不是什么特别的。

但这并不意味着您应该评测未优化的构建！事实上，当使用像C和C++这样的语言时，未优化构建的性能几乎完全没有意义。你根本不用担心。

当然，这可能会干扰微观基准，就像您上面展示的那样。两点：

  1. 通常情况下，这种微观优化也无关紧要。更喜欢分析实际程序，然后消除瓶颈
  2. 如果你真的想要这样一个微基准测试，让它依赖于一些运行时输入并显示结果。这样，编译器就不能删除功能本身，只需使其相当快

既然您似乎正在这样做，那么您显示的代码很有可能成为一个合理的微基准。需要注意的一点是，编译器是否将对get_nano_ts();的两个调用都移到循环的同一侧。允许这样做，因为"运行时"不算作可观察到的副作用。(标准甚至没有要求你的机器以有限的速度运行。(这里有人认为这通常不是问题，尽管我无法真正判断给出的答案是否有效。

如果你的程序除了你想基准测试的事情之外没有做任何昂贵的事情(如果可能的话，无论如何都不应该做(，你也可以将时间测量"移到外面"，例如随着时间。

对您认为正在测量的内容进行基准测试可能非常困难。在内环的情况下：

for (int j = 0;  j < load;  ++j)
        if (i % 4 == 0)
                x += (i % 4) * (i % 8);
        else    x -= (i % 16) * (i % 32);

一个精明的编译器可能能够看穿这一点，并将代码更改为类似的代码

 x = load * 174;   // example only

我知道这是不等价的，但有一些相当简单的表达式可以代替那个循环。

确保这一点的方法是使用gcc -S编译器选项并查看它生成的汇编代码。

您应该始终启用优化的基准测试。但是，重要的是要确保您想要计时的东西不会被编译器优化掉。

一种方法是在计时器停止后打印出计算结果：

long long x = 0;
for(int i = 0; i < iterations; i++) {
    long start = get_nano_ts(); // START clock
    for(int j = 0; j < load; j++) {
        if (i % 4 == 0) {
            x += (i % 4) * (i % 8);
        } else {
            x -= (i % 16) * (i % 32);
        }
    }
    long end = get_nano_ts(); // STOP clock
    // now print out x so the compiler doesn't just ignore it:
    std::cout << "check: " << x << 'n',
    // (omitted for clarity)
}

在比较几种不同算法的基准时，也可以检查每种算法是否产生相同的结果。

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