Почему Clang оптимизирует этот код?

Цель кода - найти общее количество 32-битных битовых шаблонов с плавающей запятой, которые представляют значения от 0 до 1. Мне кажется, что это должно сработать, но почему-то сборка, выводимая из Clang, в основном эквивалент return 0;.

Я скомпилировал это с помощью Clang 3.3 и Clang 3.4.1, используя -std=c++1y -Wall -Wextra -pedantic -O2 и -std=c++1y -Wall -Wextra -pedantic -O3

Clang 3.4 оптимизирует все с помощью -O2 и -O3.

Clang 3.3 только оптимизирует все с помощью -O3.

Под "оптимизирует все" я подразумеваю, что это сборка выхода программы:

main:                                   # @main
    xorl    %eax, %eax
    ret

#include <limits>
#include <cstring>
#include <cstdint>

template <class TO, class FROM>
inline TO punning_cast(const FROM &input)
{
    TO out;
    std::memcpy(&out, &input, sizeof(TO));
    return out;
}

int main()
{
    uint32_t i = std::numeric_limits<uint32_t>::min();
    uint32_t count = 0;

    while (1)
    {
        float n = punning_cast<float>(i);
        if(n >= 0.0f && n <= 1.0f)
            count++;
        if (i == std::numeric_limits<uint32_t>::max())
            break;
        i++;
    }

    return count;
}

Ответы

Ответ 1

Здесь приведен более простой тестовый пример, который указывает, что это ошибка компилятора:

http://coliru.stacked-crooked.com/a/58b3f9b4edd8e373

#include <cstdint>

int main()
{
    uint32_t i = 0;
    uint32_t count = 1;

    while (1)
    {
        if( i < 5 )
            count+=1;

        if (i == 0xFFFFFFFF)
            break;
        i++;
    }

    return count; // should return 6
}

Ассемблер показывает, что он выводит 1, а не 6. Он не считает его бесконечным циклом, и в этом случае сборка не возвращается из основного.

Ответ 2

Это не ответ, а дататайт, слишком большой для комментария.

Интересно, что если вы напечатаете count прямо перед возвратом, то clang все равно оптимизирует все и распечатает 0 с помощью -O3 и 1065353218 с помощью -O0. (Обратите внимание, что echo $? сообщает, что возвращаемое значение всегда равно 2, независимо от фактического возврата). Для меня это делает его похожим на ошибку компилятора.

Если вы превратите свой while в for:

for (uint32_t i = std::numeric_limits<uint32_t>::min(); i != std::numeric_limits<uint32_t>::max(); ++i)
{
    float n = punning_cast<float>(i);
    if(n >= 0.0f && n <= 1.0f)
        count++;
}

Затем тот же ответ появляется для обоих уровней оптимизации. Определенно верно, если вы печатаете, и хотя я не смотрел на сборку, это, вероятно, также верно для непечатаемого футляра, потому что для его завершения требуется время. (clang 3.4)

Я обнаружил ошибки в LLVM раньше (забавный бизнес шаблонов, который сделал clang segfault), и они были восприимчивы к его исправлению, если вы дадите хороший и ясный пример ошибки. Я предлагаю вам представить это как отчет об ошибке.

Ответ 3

Используя пример mukunda выше, в clang 3.4 с -O2 проблема, кажется, находится в фазе векторизации. Вектор векторизованного кода перескакивает при входе в векторизованный код:

br i1 true, label %middle.block, label %vector.ph

поэтому значение count не изменяется от его инициализации.

*** IR Dump Before Combine redundant instructions ***
; Function Attrs: nounwind readnone ssp uwtable
define i32 @main() #0 {
entry:
  br i1 true, label %middle.block, label %vector.ph

vector.ph:                                        ; preds = %entry
  br label %vector.body

vector.body:                                      ; preds = %vector.body, %vector.ph
  %index = phi i32 [ 0, %vector.ph ], [ %index.next, %vector.body ]
  %vec.phi = phi <4 x i32> [ <i32 1, i32 0, i32 0, i32 0>, %vector.ph ], [ %4, %vector.body ]
  %vec.phi8 = phi <4 x i32> [ zeroinitializer, %vector.ph ], [ %5, %vector.body ]
  %broadcast.splatinsert = insertelement <4 x i32> undef, i32 %index, i32 0
  %broadcast.splat = shufflevector <4 x i32> %broadcast.splatinsert, <4 x i32> undef, <4 x i32> zeroinitializer
  %induction = add <4 x i32> %broadcast.splat, <i32 0, i32 1, i32 2, i32 3>
  %induction7 = add <4 x i32> %broadcast.splat, <i32 4, i32 5, i32 6, i32 7>
  %0 = icmp ult <4 x i32> %induction, <i32 5, i32 5, i32 5, i32 5>
  %1 = icmp ult <4 x i32> %induction7, <i32 5, i32 5, i32 5, i32 5>
  %2 = zext <4 x i1> %0 to <4 x i32>
  %3 = zext <4 x i1> %1 to <4 x i32>
  %4 = add <4 x i32> %2, %vec.phi
  %5 = add <4 x i32> %3, %vec.phi8
  %6 = icmp eq <4 x i32> %induction, <i32 -1, i32 -1, i32 -1, i32 -1>
  %7 = icmp eq <4 x i32> %induction7, <i32 -1, i32 -1, i32 -1, i32 -1>
  %8 = add <4 x i32> %induction, <i32 1, i32 1, i32 1, i32 1>
  %9 = add <4 x i32> %induction7, <i32 1, i32 1, i32 1, i32 1>
  %index.next = add i32 %index, 8
  %10 = icmp eq i32 %index.next, 0
  br i1 %10, label %middle.block, label %vector.body, !llvm.loop !1

middle.block:                                     ; preds = %vector.body, %entry
  %resume.val = phi i32 [ 0, %entry ], [ 0, %vector.body ]
  %trunc.resume.val = phi i32 [ 0, %entry ], [ 0, %vector.body ]
  %rdx.vec.exit.phi = phi <4 x i32> [ <i32 1, i32 0, i32 0, i32 0>, %entry ], [ %4, %vector.body ]
  %rdx.vec.exit.phi9 = phi <4 x i32> [ zeroinitializer, %entry ], [ %5, %vector.body ]
  %bin.rdx = add <4 x i32> %rdx.vec.exit.phi9, %rdx.vec.exit.phi
  %rdx.shuf = shufflevector <4 x i32> %bin.rdx, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx10 = add <4 x i32> %bin.rdx, %rdx.shuf
  %rdx.shuf11 = shufflevector <4 x i32> %bin.rdx10, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx12 = add <4 x i32> %bin.rdx10, %rdx.shuf11
  %11 = extractelement <4 x i32> %bin.rdx12, i32 0
  %cmp.n = icmp eq i32 0, %resume.val
  br i1 %cmp.n, label %while.end, label %scalar.ph

scalar.ph:                                        ; preds = %middle.block
  br label %while.body
while.body:                                       ; preds = %while.body, %scalar.ph
  %i.0 = phi i32 [ %trunc.resume.val, %scalar.ph ], [ %inc, %while.body ]
  %count.0 = phi i32 [ %11, %scalar.ph ], [ %add.count.0, %while.body ]
  %cmp = icmp ult i32 %i.0, 5
  %add = zext i1 %cmp to i32
  %add.count.0 = add i32 %add, %count.0
  %cmp1 = icmp eq i32 %i.0, -1
  %inc = add i32 %i.0, 1
  br i1 %cmp1, label %while.end, label %while.body, !llvm.loop !4

while.end:                                        ; preds = %middle.block, %while.body
  %add.count.0.lcssa = phi i32 [ %add.count.0, %while.body ], [ %11, %middle.block ]
  ret i32 %add.count.0.lcssa
}

Оптимизатор позже стирает недостижимый и неэффективный код, который является почти всем телом функции.