GCC 基础性能优化用户指南
简介
编译器基础性能优化对于提高应用程序的开发效率、运行性能和可维护性都非常重要。它是计算机科学领域的一个重要研究方向，也是软件开发过程中的重要环节之一。GCC for openEuler 在通用编译优化能力的基础上，对中后端性能优化技术进行了增强，包括指令优化、向量化增强、预取增强、数据流分析增强等优化。
安装与部署
软件要求
操作系统：openEuler 25.03
硬件要求
aarch64 架构
安装软件
按需安装 GCC 和相关组件即可，以 GCC 为例。
yum install gcc使用方法
CRC 优化
说明
识别 CRC 软件循环代码，生成高效硬件指令。
使用方法
在编译时增加 -floop-crc 选项。
注：-floop-crc选项需要和-O3 -march=armv8.1-a一起使用。
If-conversion 增强
说明
增强 If conversion 优化，使用更多的寄存器以减少冲突。
使用方法
本优化是 RTL 优化 if-conversion 的一部分，使用如下编译选项控制优化启用。
-fifcvt-allow-complicated-cmps
--param=ifcvt-allow-register-renaming=[0,1,2]数字用于控制优化范围。
注：此优化依赖-O2优化等级，以及与--param=max-rtl-if-conversion-unpredictable-cost=48、--param=max-rtl-if-conversion-predictable-cost=48共同使用。
乘法计算优化
说明
Arm 相关指令合并优化，实现32位复杂组合的64位整形乘法逻辑的识别，并以高效的64位指令数输出。
使用方法
使用-fuaddsub-overflow-match-all和-fif-conversion-gimple选项使能优化。
注：此优化需要-O3及以上优化等级。
cmlt 指令生成优化
说明
对一些四则运算生成cmlt指令，减少指令数。
使用方法
使用选项-mcmlt-arith使能优化。
注：此优化需要-O3以上优化等级使用。
向量化优化增强
说明
识别并简化向量化过程中生成的冗余指令，允许更短的循环进入向量化。
使用方法
使用参数--param=vect-alias-flexible-segment-len=1使能，默认为0。
注：此优化需要-O3及以上优化等级。
min max 和 uzp1/uzp2 指令联合优化
说明
识别 min max 和 uzp1/uzp2 指令联合优化机会，减少指令数从而提升性能。
使用方法
使用-fconvert-minmax选项使能min max优化，uzp1/uzp2指令优化在-O3以上等级默认使能。
注：依赖-O3及以上优化等级。
ldp/stp 优化
说明
识别某些性能表现差的 ldp/stp，将其拆分成2个 ldr 和 str。
使用方法
使用-fsplit-ldp-stp选项使能优化，使用参数--param=param-ldp-dependency-search-range=[1,32]控制搜索范围，默认16。
注：依赖-O1及以上优化等级。
AES指令优化
说明
识别 AES 软件算法指令序列，使用硬件指令加速。
使用方法
使用-fcrypto-accel-aes选项使能优化。
注：依赖-O3及以上优化等级。
间接调用提升
说明
识别和分析程序中的间接调用，尝试将其优化为直接调用。
使用方法
使用选项-ficp -ficp-speculatively使能优化。
注：此优化需要和-O2 -flto -flto-partition=one共同使用。
IPA-prefetch
说明
识别循环中的间接访存，插入预取指令，从而减少间接访存的延迟。
使用方法
通过选项-fipa-prefetch -fipa-ic使能优化。
注：此优化需要和-O3 -flto共同使用。
-fipa-struct-reorg
说明
内存空间布局优化，将结构体成员在内存中的排布进行新的排列组合，来提高 cache 的命中率。
使用方法
在选项中加入-O3 -flto -flto-partition=one -fipa-struct-reorg即可。
注：-fipa-struct-reorg选项，需要在-O3 -flto -flto-partition=one全局同时开启的基础上才使能。
-fipa-reorder-fields
说明
内存空间布局优化，根据结构体中成员的占用空间大小，将成员从大到小排列，以减少边界对齐引入的 padding，来减少结构体整体占用的内存大小，以提高 cache 的命中率。
使用方法
在选项中加入-O3 -flto -flto-partition=one -fipa-reorder-fields即可。
注：-fipa-reorder-fields选项，需要在-O3 -flto -flto-partition=one全局同时开启的基础上才使能。
-ftree-slp-transpose-vectorize
说明
该选项在循环拆分阶段，增强对存在连续访存读的循环的数据流分析能力，通过插入临时数组拆分循环；SLP 矢量化阶段，新增对 grouped_stores 进行转置的 SLP 分析。
使用方法
在选项中加入-O3 -ftree-slp-transpose-vectorize即可。
注：-ftree-slp-transpose-vectorize选项，需要在-O3开启的基础上才使能。
LLC-prefetch
说明
通过分析程序中主要的执行路径，对主路径上的循环进行访存的复用分析，计算排序出 TOP 的热数据，并插入预取指令将数据先分配至 LLC 中，减少 LLC miss。
使用方法
使能 LLC 特性，需开启 -O2 及以上优化等级，同时使用编译选项-fllc-allocate。
其他相关接口：
| 选项 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
| --param=mem-access-ratio=[0,100] | 20 | 循环内访存数对指令数的占比。 |
| --param=mem-access-num=unsigned | 3 | 循环内访存数量。 |
| --param=outer-loop-nums=[1,10] | 1 | 允许扩展的外层循环的最大层数。 |
| --param=filter-kernels=[0,1] | 1 | 是否针对循环做路径串联筛选。 |
| --param=branch-prob-threshold=[50,100] | 80 | 高概率执行分支的概率阈值。 |
| --param=prefetch-offset=[1,999999] | 1024 | 预取偏移距离，一般为2的次幂。 |
| --param=issue-topn=unsigned | 1 | 预取指令个数。 |
| --param=force-issue=[0,1] | 0 | 是否执行强制预取，即静态模式。 |
| --param=llc-capacity-per-core=[0,999999] | 107 | 多分支预取下每个核平均分配的 LLC 容量。 |
-fipa-struct-sfc
说明
静态压缩结构体成员，从而减小结构体整体占用的内存大小，以提高 cache 命中率。
使用方法
在选项中加入-O3 -flto -flto-partition=one -fipa-reorder-fields -fipa-struct-sfc即可，可在此基础上使用-fipa-struct-sfc-bitfield、-fipa-struct-sfc-shadow开启额外优化。
注：-fipa-struct-sfc选项，需要在-O3 -flto -flto-partition=one全局同时开启以及开启-fipa-reorder-fields或-fipa-struct-reorg>=2的基础上才能使能。