现代编译器上的联合是否比转换更有效？

Question

考虑简单的代码：

UINT64 result;
UINT32 high, low;
...
result = ((UINT64)high << 32) | (UINT64)low;

现代编译器是否会将其转换为真正的高位桶移位，或者将其优化为到正确位置的简单副本？

如果没有，那么使用联合似乎比大多数人使用的轮班更有效。然而，让编译器对此进行优化是理想的解决方案。

我想知道当人们确实需要额外的一点性能时我应该如何建议他们。

Answer 1

编辑：此响应基于没有强制转换的 OP 代码的早期版本

此代码

result = (high << 32) | low;

实际上会产生未定义的结果......因为使用 high 你将 32 位值移位 32 位（值的宽度），结果将是未定义的，并且取决于编译器和操作系统平台决定如何处理移位。然后，该未定义移位的结果将与 low 进行或运算，这又将是未定义的，因为您正在将未定义的值与已定义的值进行或运算，因此最终结果将是可能不是您想要的 64 位值。例如，OSX 10.6 上的 gcc -s 发出的代码如下所示：

movl    -4(%rbp), %eax      //retrieving the value of "high"
movl    $32, %ecx          
shal    %cl, %eax           //performing the 32-bit shift on "high"
orl    -8(%rbp), %eax       //OR'ing the value of "low" to the shift op result

因此，您可以看到移位仅发生在具有 32- 位寄存器的 32 位值上。位汇编命令...结果最终与 high | 完全相同low 根本不进行任何移位，因为在本例中，shal $32, %eax 仅返回最初位于 EAX 中的值。您没有得到 64 位结果。

为了避免这种情况，请将 high 转换为 uint64_t，如下所示：

result = ((uint64_t)high << 32) | low;

Answer 2

现代编译器比您想象的更聪明;-)（所以是的，我认为您可以期待任何像样的编译器上的桶式移位）。

无论如何，我会使用语义更接近您实际尝试执行的选项。

Answer 3

如果这应该是独立于平台的，那么唯一的选择就是在这里使用轮班。

使用union { r64; struct{low;high}} 您无法判断低/高字段将映射到什么。考虑字节顺序。

现代编译器可以很好地处理这种转变。

Answer 4

我编写了以下（希望有效）测试：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>

void func(uint64_t x);

int main(int argc, char **argv)
{
#ifdef UNION
  union {
    uint64_t full;
    struct {
      uint32_t low;
      uint32_t high;
    } p;
  } result;
  #define value result.full
#else
  uint64_t result;
  #define value result
#endif
  uint32_t high, low;

  if (argc < 3) return 0;

  high = atoi(argv[1]);
  low = atoi(argv[2]);

#ifdef UNION
  result.p.high = high;
  result.p.low = low;
#else
  result = ((uint64_t) high << 32) | low;
#endif

  // printf("%08x%08x\n", (uint32_t) (value >> 32), (uint32_t) (value & 0xffffffff));
  func(value);

  return 0;
}

运行 gcc -s 的未优化输出的差异：

<   mov -4(%rbp), %eax
<   movq    %rax, %rdx
<   salq    $32, %rdx
<   mov -8(%rbp), %eax
<   orq %rdx, %rax
<   movq    %rax, -16(%rbp)
---
>   movl    -4(%rbp), %eax
>   movl    %eax, -12(%rbp)
>   movl    -8(%rbp), %eax
>   movl    %eax, -16(%rbp)

我不知道汇编，所以我很难分析它。然而，看起来非联合（顶部）版本上正在发生一些变化。

但启用优化 -O2 后，输出是相同的。因此生成了相同的代码，两种方式将具有相同的性能。

（Linux/AMD64 上的 gcc 版本 4.5.2）

带或不带联合的优化 -O2 代码的部分输出：

    movq    8(%rsi), %rdi
    movl    $10, %edx
    xorl    %esi, %esi
    call    strtol

    movq    16(%rbx), %rdi
    movq    %rax, %rbp
    movl    $10, %edx
    xorl    %esi, %esi
    call    strtol

    movq    %rbp, %rdi
    mov     %eax, %eax
    salq    $32, %rdi
    orq     %rax, %rdi
    call    func

代码片段在 if 行生成的跳转之后立即开始。