伯樂線上注：“優化C++程式碼”系列博文，Ｃ++程式媛 JingerJoe（@米可_GO）將會持續更新翻譯，感興趣的朋友，請收藏並關注。如果其他朋友也有不錯的原創或譯文，可以嘗試推薦給伯樂線上。
這篇文章講的是常量合併，這是VC++編譯器最簡單的優化之一。 這種優化，是指編譯器在編譯時(編譯期間)直接計算出表示式的結果，在生成的程式碼中直接用計算結果替換表示式。 這樣就避免了程式在執行時執行這些計算花費的成本。
下面是一個例子 APP.cpp檔案中的 main 函式：
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int main() { return 7 + 8; } |
首先，關於這篇文章的一些須知：
- 我們將從命令列來構建程式(而不是Visual Studio)
- 我們會使用Visual Studio 2012。 特別注意的是，這個版本的編譯器會產生x64位程式碼（而不是已經過時的x86架構）在64位機子上編譯。
如果你想要繼續，請看下說明。實際上，你只需要從Visual Studio 列表裡選擇一個正確的變體。
（注意：如果你正在使用Visual Studio Express上的免費編譯器，它僅僅只能執行在x86上，但是也會順利生成x64的程式碼。對這個實驗同樣有用。）
我們可以通過命令 CL /FA App.cpp來構建示例程式。用/FA開關建立一個輸出檔案，用來儲存編譯器生成的彙編程式碼，可以輸入type App.asm來顯示：
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PUBLIC main _TEXT SEGMENT main PROC mov eax, 15 ret 0 main ENDP _TEXT ENDS END |
有趣的是這條指令 mov ax,15—-僅僅將15賦值給暫存器EAX(根據x64呼叫標準的定義，x64函式將會設定一個int值，作為函式的結果，並返回給呼叫者)。編譯器執行期間並沒有發出 7加8的指令。就像下面這樣：
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PUBLIC main _TEXT SEGMENT main PROC mov eax, 7 add eax, 8 ret 0 main ENDP _TEXT ENDS END |
（注意看了，這兩段程式碼的最後一條指令，ret 0，是指將控制權返回給呼叫者，並從棧裡彈出0個位元組。不要被誤導認為是返回數值0給呼叫者！）
我猜到，你可能在想：這很好啊，但是哪個白痴會想到在程式碼裡寫 7+8 這樣的運算？的確，你是對的，但是編譯器會把這樣的結構看成是有副作用的巨集。看了下面的例子，你就會明白常量合併是一個很有用的優化方法：
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#define SECS_PER_MINUTE 60 #define MINUTES_PER_HOUR 60 #define HOURS_PER_DAY 24 enum Event { Started, Stopped, LostData, ParityError }; struct { int clock_time; enum Event ev; char* reason; } Record; int main() { const int table_size = SECS_PER_MINUTE * MINUTES_PER_HOUR * HOURS_PER_DAY * sizeof Record; // rest of program } |
我們要建立一個足夠大的表儲存每一秒的記錄，所以table_size就是表的大小，用位元組表示。很容易檢視變數table_size的彙編指令：
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mov DWORD PTR table_size$[rsp], 1382400 ; 00151800H |
這兒沒有乘法指令，60*60*24*16=1382400 是在編譯時計算的。
事實上，我們窺探下編譯器的內部，會發現這種常量合併的運算非常簡單，它是由前端來執行的。它並不需要後端優化器笨重的提升能力。所以它總是存在的。不管你是開啟優化（使用 /O2）或者關閉優化（/Od）都沒什麼區別—–該優化總是自動執行的。
不管表示式有多複雜，我們都能在編譯期間進行常量合併嗎？—事實上，前端可以處理任意的常量算術表示式（甚至包括上面提到的sizeof，只要它們在編譯時能被計算出來）和運算子（+ – * / % << >> ++ 和 —）。你甚至可以使用布林值，邏輯運算子 和條件運算子if AND ？：。
有沒有常量合併需要後端優化器的時候呢？當然有，看下面的例子：
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int bump(int n) { return n + 1; } int main() { return 3 + bump(6); } |
輸入命令cl /FA /Od App.cpp，會得到資訊：不能優化，謝謝！，輸入 App.asm，我們會得到：
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mov ecx, 6 call ?bump@@YAHH@Z ; bump add eax, 3 |
正如我們所預料的： ECX會儲存第一個引數6，根據x64呼叫約定，然後呼叫bump函式，結果返回給EAX，然後EAX再加3。
我們來看看如果我們使用 cl /FA /O2 App.cpp 來進行優化，會發生什麼。
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mov eax,10 |
後端優化器已經識別到bump函式很小，可以包含到呼叫者裡（我們在後面的章節將會講到這種優化方法，叫做行內函數）。它在編譯時就能夠估算出整個表示式的值，最後只剩下一條單指令。很神奇，對吧？