对开源软件中使用的某个编程技巧的查询

Question

在某个库(FFTW:离散傅里叶变换计算)中，我遇到了一个头文件，其中包含以下注释，一些#定义如下。这则评论谈到了一些编程技巧。但我无法理解这个编程技巧到底是什么。谁能解释一下吗？

/* hackery to prevent the compiler from ``optimizing'' induction
   variables in codelet loops.  The problem is that for each K and for
   each expression of the form P[I + STRIDE * K] in a loop, most
   compilers will try to lift an induction variable PK := &P[I + STRIDE * K].
   For large values of K this behavior overflows the
   register set, which is likely worse than doing the index computation
   in the first place.

   If we guess that there are more than
   ESTIMATED_AVAILABLE_INDEX_REGISTERS such pointers, we deliberately confuse
   the compiler by setting STRIDE ^= ZERO, where ZERO is a value guaranteed to
   be 0, but the compiler does not know this.

   16 registers ought to be enough for anybody, or so the amd64 and ARM ISA's
   seem to imply.
*/

#define ESTIMATED_AVAILABLE_INDEX_REGISTERS 16
#define MAKE_VOLATILE_STRIDE(nptr, x)                   \
     (nptr <= ESTIMATED_AVAILABLE_INDEX_REGISTERS ?     \
        0 :                                             \
      ((x) = (x) ^ X(an_INT_guaranteed_to_be_zero)))
#endif /* PRECOMPUTE_ARRAY_INDICES */

Answer 1

优化:一些编译器没有在循环中每次迭代时重新计算数组的索引，而是预测下一个地址并将它们放入寄存器中，因为索引表达式是可预测的。

问题是:一些索引表达式(如I + STRIDE * K)可能导致大量寄存器的使用，如果这个数目超过寄存器的总数，一些寄存器值将被推入堆栈内存，包括循环可能使用的其他变量。

诀窍:为了迫使编译器不使用这种优化，使用了一个外部整数。添加或异或将此零添加或存储在x中是一个“污染”步幅的无操作操作，因此也就是索引表达式，通过优化分析使其不可预测。即使我们知道它的行为非常零，它也无法推断这个变量的行为。从中派生的文件ifftw.h的相关摘录：

extern const INT X(an_INT_guaranteed_to_be_zero);

#ifdef PRECOMPUTE_ARRAY_INDICES
...
#define MAKE_VOLATILE_STRIDE(nptr, x) (x) = (x) + X(an_INT_guaranteed_to_be_zero)

#else
...
#define ESTIMATED_AVAILABLE_INDEX_REGISTERS 16
#define MAKE_VOLATILE_STRIDE(nptr, x)                   \
     (nptr <= ESTIMATED_AVAILABLE_INDEX_REGISTERS ?     \
        0 :                                             \
      ((x) = (x) ^ X(an_INT_guaranteed_to_be_zero)))
#endif /* PRECOMPUTE_ARRAY_INDICES */

尝试完全避免这种优化，或者允许在索引能够适合猜测可用寄存器数量的条件下进行优化。它允许优化的方式是使用常数为零。

一些词源:宏MAKE_VOLATILE_STRIDE从易失性关键字派生其名称，该关键字指示一个值在不同的访问之间可能会发生变化，即使它似乎没有被修改。此关键字可防止优化编译器对后续的读或写进行优化，从而错误地重用陈旧的值或省略写入。(维基百科)

我不知道为什么可变关键字(而不是XOR‘’ing外部值)是不够的。