2021年04月07日 | 高效的C编程之：C编译器及其优化（上）

本章将帮助读者在ARM处理器上编写高效的C代码。本章涉及的一些技术不仅适用于ARM处理器，也适用于其他RISC处理器。本章首先从ARM编译器及其优化入手，讲解C编译器在优化代码时所碰到的一些问题。理解这些问题，将有助于编写出在提高执行速度和减少代码尺寸方面更高效的C源代码。

本章假定读者熟悉C语言，并且有一些汇编语言编程方面的知识。有关ARM编程的详细信息，请参阅本书的相关章节。

14.1C编译器及其优化

本章主要讲解C编译器在代码优化时遇到的一些问题。要编写高效的C语言源代码，必须了解C编译器对什么形式的代码有所改动，编译器涉及的处理器结构的限制，以及一些特殊的C编译器的限制。

14.1.1为编译器选择处理器结构

在编译C源文件时，必须为编译器指定正确的处理器类型。这样可以使编译的代码最大限度地利用处理器的硬件结构，如对半字加载（HalfwordLoad）、存储指令（StoreInstructions）和指令调度（InstructionScheduling）的支持。所以编译程序时，应该尽量准确地告诉编译器该代码是运行在什么类型的处理器上。有些处理器类型编译器是不能直接支持，如SA-1100，这时可以使用与该类型处理器为同一指令集的基本处理器，比如对于SA-100，可以使用StrongARM。

注意

指定目标处理器可能使代码与其他ARM处理器不兼容。例如，编译时指定了ARMv6体系结构的代码，可能不能运行在ARM920T的处理器上（如果代码中使用了ARMv6体系结构中特有的指令）。

选择处理器类型可以使用--cpuname编译选项。该选项生成用于特定ARM处理器或体系结构的代码。

如果name是处理器名称。

·输入名称必须和ARM数据表中所示严格一致，例如ARM7TDMI。该选项不接受通配符字符。有效值是任何ARM6或更高版本的ARM处理器。

·选择处理器操作会选择适当的体系结构、浮点单元(FPU)以及存储结构。

·某些--cpu选择暗含--fpu选择。例如，当使用--arm选项编译时，--cpuARM1136JF-S暗含--fpuvfpv2。隐式FPU只覆盖命令行上出现在--cpu选项前面的显式--fpu选项。如果没有指定--fpu选项和--cpu选项，则使用--fpusoftvfp。

14.1.2调试选项

如果在编译C源程序时，设置了调试选项，这将很大程度地影响最终代码的大小和执行效率。因为带调试信息的代码映像，为了能够在调试程序时正确地显示变量或设置断点，包含很多冗余的代码和数据。所以如果想最大限度地提供程序执行效率、减少代码尺寸，就要在编译源文件时，去除编译器的调试选项。

以下选项指定调试表生成方法。

·-g（--debug）：该选项启用生成当前编译的调试表。无论是否使用-g选项，编译器都生成的代码是相同的。惟一差别是调试表的存在与否。编译器是否对代码进行优化是由-O选项指定调的。默认情况下，使用-g选项等价于使用：-g-dwarf2--debug_macros。

注意

编译程序时，只使用-g选项而没有使用优化选项，编译器会提示警告信息。

·--no_debug：该选项禁止生成当前编译的调试表。这是默认选项。

·--no_debug_macros：当与-g一起使用时，该选项禁止生成预处理程序宏定义的调试表条目（Entry）。这会减小调试映像的大小。-gt-p是-gtp的同义字。

--debug_macros当与-g一起使用时，该选项启用生成预处理程序宏定义的调试表条目。这是默认选项，会增加调试映像的大小。一些调试程序忽略预处理程序条目。

14.1.3优化选项

使用-Onum选择编译器的优化级别。优化级别分别为。

·-O0：除一些简单的代码编号之外，关闭所有优化。使用该编译选项可以提供最直接的优化信息。

·-O1：关闭严重影响调试效果的优化功能。使用该编译选项，编译器会移除程序中未使用到的内联函数和静态函数。如果与--debug一起使用，该选项可以在较好的代码密度下，给出最佳调试视图。

·-O2：生成充分优化代码。如果与--debug一起使用，调试效果可能不令人满意，因为目标代码到源代码的映射可能因为代码优化而发生变化。

如果不生成调试表，这是默认优化级别。

·-O3：最高优化级别。使用该优化级别，使生成的代码在时间和空间上寻求平衡。该选项常和-Ospace和-Otime配合使用。

·-O3–Otime：使用该选项编译的代码比-O2–Otime选项编译的代码，在执行速度上要快，但占用的空间也更大。

·-O3-Ospace：产生的代码比使用-O2-Ospace选项产生的代码尺寸小，但执行效率可能会差。

如果要使编译的代码更侧重于代码的尺寸或执行效率（两者往往不可兼得），可以使用下面的编译选项。

·-Ospace：指示编译程序执行优化，以延长执行时间为代价减小映像大小。例如，由外部函数调用代替内联函数。如果代码大小比性能更重要，则使用该选项。这是编译器的默认设置。

·-Otime：指示编译程序执行优化，以增大映像大小为代价缩短执行时间。如果执行时间比代码大小更重要，则使用该选项。例如，它编译：

while(expression)body;

为：

if(expression){

dobody;

while(expression);

}

如果既不指定-Otime也不指定-Ospace，则编译器默认使用-Ospace。可使用-Otime编译代码中对时间要求严格的部分，使用-Ospace编译其余部分。但不能在同一编译程序调用中同时指定-Otime和-Ospace。

14.1.4AAPCS选项

ARM结构过程调用标准AAPCS（ProcedureCallStandardfortheARMArchitecture）是ARM体系结构二进制接口ABI（ApplicationBinaryInterfacefortheARMArchitecture【BSABI】）标准的一部分。使用该标准可以很方便的执行C和汇编语言的相互调用。

编译程序时，使用--apcs选项可以指定所使用得AAPCS标准的版本。如果没有指定--apcs或--cpu选项，则编译器使用下面默认编译选项。

--apcs/noswst/nointer/noropi/norwpi--cpuARM7TDMI--fpusoftvfp

有关AAPCS的详细信息，请参加ARM相关文档。

14.1.5编译选项对代码生成影响示例

本节举例说明编译器的优化选项如何影响代码生成。

1．使用-O0选项

下面的例子显示了即使使用-O0编译选项对代码进行编译时，有些冗余代码还是会被编译器自动清除。

intf(int*p)

{

return(*p==*p);

}

使用armcc-c-O0对源程序进行编译，生成的汇编代码如下所示。

f

MOVr1,r0

MOVr0,#1

MOVpc,lr

通过上面的例子可以看到，编译出的最终代码中没有加载（Load）指针P的值，变量*p被编译器优化掉了。如果不想让编译器对变量*p做优化，可以使用“volatile”对变量进行声明。下面的例子，显示了将变量声明为“volatile”类型后，使用armcc编译（-O2的优化级别）后的结果。

f

LDRr1,[r0]

LDRr0,[r0]

CMPr1,r0

MOVNEr0,#0

MOVEQr0,#1

MOVpc,lr

另外，编译的代码中的“MOVr1,r0”并没有实际意义，只是为了方便调试程序时设置断点使用。