GCC 优化特性用户指南 ​

简介 ​

编译器优化特性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。

工具链适用性 ​

本文特性适用于系统 GCC（gcc 12.3.1），亦适用于已合入 openEuler 优化栈的 gcc-toolset-14（见GCC14副版本编译工具链），例外如下。

仅系统 GCC 支持：

• -mcmlt-arith
• -fconvert-minmax
• -fsplit-ldp-stp 及 --param=param-ldp-dependency-search-range
• -fllc-allocate 及其关联参数
• -ftree-slp-transpose-vectorize
• --param=vect-alias-flexible-segment-len

以下系统 GCC 选项在 gcc-toolset-14 中已废弃，正向形式报错，需从构建脚本移除或替换：

注：前两项的 -fno- 形式被静默接受。

安装与部署 ​

软件要求 ​

操作系统：openEuler 24.03 LTS SP2

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：

-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。

-fipa-struct-dfc ​

说明 ​

动态压缩结构体成员，克隆程序路径并启发式压缩结构体大小，根据运行时检查选择运行路径，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-dfc即可，可在此基础上使用-fipa-struct-dfc-bitfield、-fipa-struct-dfc-shadow开启额外优化。

注：-fipa-struct-dfc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。

-fipa-alignment-propagation ​

说明 ​

分析并传播局部变量地址对齐值，优化按位与运算。

使用方法 ​

在选项中加入-O3 -fipa-alignment-propagation即可。

注：-fipa-alignment-propagation选项，需要在-O3开启的基础上才使能。

-fipa-localize-array ​

说明 ​

将由 calloc 分配的全局指针变量转换为局部变量。

使用方法 ​

在选项中加入-O3 -fipa-localize-array即可。

注：-fipa-localize-array选项，需要在-O3开启的基础上才使能。

-fipa-array-dse ​

说明 ​

分析数组在函数之间的传递情况以及在被调用函数中的使用情况，消除冗余的数组写入。

使用方法 ​

在选项中加入-O3 -fipa-array-dse即可。

注：-fipa-array-dse选项，需要在-O3开启的基础上才使能。

-ffind-with-sve ​

说明 ​

识别 std::find 函数调用，尝试使用 SVE 指令优化。

使用方法 ​

在选项中加入 -ffind-with-sve 即可。

-fif-split ​

说明 ​

拆分形如"变量与常量比较 || 其他条件"的复合条件并克隆分支体，使 IPA 常量传播可将该常量传入函数调用。

使用方法 ​

在选项中加入-fif-split即可。

注：-fif-split选项，需要在-O3开启的基础上才使能。

向量化分析参数 ​

说明 ​

三个独立的向量化分析开关。

使用方法 ​

-ftree-slp-late ​

说明 ​

在 reassociation 之后追加一次 SLP 向量化 pass。

使用方法 ​

在选项中加入-ftree-slp-late即可，默认关闭。

-floop-elim ​

说明 ​

冗余循环消除。

使用方法 ​

在选项中加入-floop-elim即可。

注：作为 phiopt 的一部分执行，依赖-fssa-phiopt（-O1及以上默认开启）。

-floop-sve-mode-opt ​

说明 ​

对部分循环启用 SVE 模式向量化。

使用方法 ​

在选项中加入-floop-sve-mode-opt即可。

注：仅 aarch64 且使能 SVE 时生效。

-farray-widen-compare ​

说明 ​

将符合条件的逐字节比较循环改写为按8字节比较。

使用方法 ​

在选项中加入-farray-widen-compare即可。

注：需要在-O3开启的基础上才使能，仅小端目标生效，且仅支持 LP64 数据模型。要求参与比较的数组在循环上界内始终可读：合并后的 8 字节载入可能读取逐字节循环因提前退出而不会访问的后续字节，不满足该前提时存在越界访问风险。

-fbuiltin-will-return ​

说明 ​

将不会循环、抛异常或退出的内建函数（当前仅__builtin_prefetch）视为必然返回的调用。

使用方法 ​

在选项中加入-fbuiltin-will-return即可。

-mmul-widen128 ​

说明 ​

识别64位到128位加宽乘法惯用法，生成高效指令序列。

使用方法 ​

在选项中加入-mmul-widen128即可。

注：仅 aarch64。系统 GCC 中对应选项为-fmerge-mull。

向量数学库与浮点控制 ​

说明 ​

向量数学库支持与浮点行为控制。

使用方法 ​

• -fsimdmath：声明数学函数的向量变体（_ZGV*）并在链接时注入 libmathlib。
• -ffp-model=：浮点模型控制，取值 normal/fast/precise/except/strict。
• -mdaz-ftz：程序启动时设置浮点控制寄存器的 FTZ/DAZ 标志，非规格化数清零。

注：系统 GCC 中-ffp-model=、-mdaz-ftz对应拼写为-fp-model=、-fftz。

CFGO / CSPGO ​

说明 ​

CFGO 在使用 PGO profile 的基础上联动使能一组 openEuler 优化；CSPGO 在内联后二次插桩，使 profile 计数携带调用上下文。

使用方法 ​

• CFGO 插桩：-fcfgo-profile-generate[=<dir>]；使用：-fcfgo-profile-use[=<dir>]。
• CSPGO 插桩：-fcfgo-csprofile-generate[=<dir>]；使用：-fcfgo-csprofile-use[=<dir>]；目录：-fcfgo-csprofile-dir=<dir>。

注：CFGO 联动选项集不包含-fselective-scheduling。该选项仍会被编译器接受，但与 profile 插桩（-fcfgo-profile-generate/-fcfgo-csprofile-generate）组合存在已知错编译风险（aarch64 上曾观测到语句被静默删除且无诊断），不应组合使用。

oeAware 协同优化 ​

说明 ​

生成供 oeAware 运行时调优框架读取的 ELF section。

使用方法 ​

在选项中加入-foeaware-policy即可；-foeaware-policy=[1,7]选择优化策略，默认1。

AutoBOLT ​

说明 ​

编译时将函数与分支信息（源自 AutoFDO/PGO profile）写入 ELF section，链接后由 bolt-plugin 收集并执行 BOLT 二进制优化。

使用方法 ​

在选项中加入-fauto-bolt即可；-fauto-bolt=<dir>指定 profile 数据目录，默认当前目录。

注：仅 aarch64。不支持与-flto同时使用（编译报错），与-fbolt-use互斥；因此不可与本文中依赖-flto的 Struct-Reorg 系列选项组合。