Механика оптимизации

@qaz0 · Регистрация: 27.02.2013

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Вопрос по работе компилятора. При определенных условиях он вырезает из обработчика прерываний куски кода. Хотелось бы понять, исходя из каких критериев. Например.

C++

void TC2_Handler()
{
  TC_GetStatus(TC0, 2);
  Serial.print("H1_____");
  Serial.println(Millis());
  uint32_t j=Millis();
  for (uint32_t i1=0; i1<30000000ul; i1++)
  {
    for (uint32_t i2=0; i2<30000000ul; i2++)
    {
      for (uint32_t i3=0; i3<30000000ul; i3++)
      {
        for (uint32_t i4=0; i4<30000000ul; i4++)
        {
          for (uint32_t i5=0; i5<30000000ul; i5++)
          {
            for (uint32_t i6=0; i6<30000000ul; i6++)
            {
              j++;
            }
          }
        }
      }
    }
  }
  Serial.print("j=");
  Serial.println(j);
  Serial.print("H2_____");
  Serial.println(Millis());
}

При вложенности циклов до i5 работает. Больше - нет (вырезает целиком весь кусок связанный с циклами). Как исправить, понимаю (volatile на переменную j). Разумеется, с volatile циклы работают в разы дольше. Точнее говоря, это в варианте с циклами i1-4 весь код связанный с циклами занимает всего лишь несколько машинных тактов. Я так понимаю, что уже на этапе компиляции идет расчет приращения значения j, и потом оно просто прибавляется к значению j. И когда из-за большого количества циклов предварительно рассчитанное значение j переполняется, компилятор выкидывает эту часть. Если что, оптимизация идет с ключиком -0s.

Собственно, вопрос: а что происходит на самом деле?

MrGluck · 28.06.2017, 12:23

Компилятор смотрит что вы написали бессмысленный код и выпиливает всё, что не изменит конечную логику работы, дабы вхолостую процессор не гонять.
volatile просто не даёт оптимизировать переменную.

@qaz0 · 28.06.2017, 12:57 **[ТС]**

Я был бы полностью согласен с такой логикой работы, если бы не 2 строчки:

C++

1
2

uint32_t j=Millis(); //Начальное значение читается из какого-то регистра
Serial.println(j); //Полученное значение отправляется куда-то

А так получается, что компилятор "самовольно" удалил часть кода. Если бы не было второй строчки, код был бы действительно бессмысленным. А в существующей редакции он прямым образом влияет на результат.

MrGluck · 28.06.2017, 13:04

qaz0, так что мешает компилятору просто к j прибавить нужное число?

@qaz0 · 28.06.2017, 13:12 **[ТС]**

Ничего. И это очень красивый пример оптимизации кода.

Есть только одна проблема: если это число переполняется в момент его расчета компилятором, то оно не учитывается в дальнейшем (НЕ прибавляется или прибавляется 0 вместо какого-то другого числа).

@_Ivana · 28.06.2017, 14:31

Дело в том, что по мнению писателей компиляторов / оптимизаторов, сама задача съедания тактов процессора не рассматривается. Более того - компилятор не гарантирует код, выполняющийся строго определенное число тактов. Считается, что чем быстрее - тем лучше, и тупые циклы для паузы, результаты которых потом не используются, оптимизатор запросто может выкинуть. Мы вообще потеряли контроль за тактами, когда перешли от чистого асма на компиляторы. Поэтому - или дружить с компилятором через волатиле, или писать асм-вставки

@~~dawn artist~~ · 28.06.2017, 21:21

Сообщение от qaz0

что происходит на самом деле?

Что-то странное.

@DrOffset · 29.06.2017, 12:22

Сообщение от qaz0

Есть только одна проблема: если это число переполняется в момент его расчета компилятором, то оно не учитывается в дальнейшем (НЕ прибавляется или прибавляется 0 вместо какого-то другого числа).

Лучше, наверное, объяснить всем здесь физический смысл этого кода, чего хотелось добиться им.
Тогда будет понятно как тут помочь.

@_Ivana · 29.06.2017, 15:54

Как начинающий телепат, могу предположить, что пациент пишет кот, который вызывается в обработке прерывания Тайм-Каунтера № 2. А в нем он вместо того, чтобы быстро сделать что надо и выйти в основной поток выполнения, крутит 200 вложенных циклов, сжигая драгоценные такты, в которых 100500^100500 раз инкрементирует локальную переменную жи, которую на ~~счастье~~ горе оптимизатора пытается вывести в конце безобразия. Скорее всего жи у него переполняется неоднократно, и на месте вменяемого оптимизатора я бы заинкрементил на число итераций всех 200 циклов по модуля максимального уинта32, ибо остальные циклы с т.з. оптимизатора бессмысленны. Ну и в то, что все это добро успевает выполниться до следующего тика таймера-каунтера и очередного прерывания, в результате чего не забивается очередь необработанных прерываний (в зависомости от камня), я тоже не особо верю

@~~dawn artist~~ · 29.06.2017, 18:05

Сообщение от _Ivana

жи у него переполняется неоднократно

Беззнаковые числа не переполняются.

@_Ivana · 29.06.2017, 22:33

Сообщение от daun-autist

Беззнаковые числа не переполняются.

Пиши еще.

@Mournful Max · 29.06.2017, 23:49

Сообщение от _Ivana

Пиши еще.

Грубо

Сообщение от daun-autist

Беззнаковые числа не переполняются.

Переполняются. Поведение описано стандартом, в отличие от знаковых, что ведет к UB ( или ID? ).

Croessmah · 30.06.2017, 06:44

Captain Maxee, не будет UB.

@TheCalligrapher · 30.06.2017, 08:40

Сообщение от qaz0

если это число переполняется в момент его расчета компилятором, то оно не учитывается в дальнейшем

С чего вы взяли? Если бы j было знаковым, то компилятор имел бы право перекроить код вообще как угодно и выкинуть что угодно, ибо поведение не определено. А так как в вашем случае j - беззнаковое, т.е. поведение вполне определено, то компилятор может просто заранее предсказать, на сколько поменяется значение j в результате работы этих ваших циклов. Вполне может быть (я не проверял) что все эти ваши циклы в итоге вообще не меняют значения j. Вот компилятор их и выкидывает нафиг.

@~~dawn artist~~ · 30.06.2017, 10:53

Сообщение от _Ivana

Пук.

Ну а что от тебя ещё ожидать?

Сообщение от Captain Maxee

Переполняются.

И тут ты такой подкрепляешь свои слова цитатой из стандарта.

@Mournful Max · 30.06.2017, 17:42

Croessmah, а что будет?

Помнится мне, что поведение описано только для беззнаковых :0

Добавлено через 1 час 48 минут

Сообщение от daun-autist

И тут ты такой подкрепляешь свои слова цитатой из стандарта.

Фактически, я был неправ, что подтверждает стандарт:

A computation involving unsigned operands can never overflow, because a result that cannot be represented by the resulting unsigned integer type is reduced modulo the number that is one greater than the largest value that can be represented by the resulting type.

Ошибся из-за недопонимания термина переполнение. Я хотел донести, что при таком коде:

C

1	unsigned var = UINT_MAX + 1;

UB не будет.

@_Ivana 4817 / 2278 / 287 Регистрация: 01.03.2013 Сообщений: 5,947 Записей в блоге: 28
	29.06.2017, 22:33	11
	Сообщение от daun-autist Беззнаковые числа не переполняются. Пиши еще. 1

MrGluck Форумчанин 8215 / 5045 / 1437 Регистрация: 29.11.2010 Сообщений: 13,453
	28.06.2017, 12:23	2
	Компилятор смотрит что вы написали бессмысленный код и выпиливает всё, что не изменит конечную логику работы, дабы вхолостую процессор не гонять. volatile просто не даёт оптимизировать переменную. 0

MrGluck Форумчанин 8215 / 5045 / 1437 Регистрация: 29.11.2010 Сообщений: 13,453
	28.06.2017, 13:04	4
	qaz0, так что мешает компилятору просто к j прибавить нужное число? 0

@qaz0 0 / 0 / 0 Регистрация: 27.02.2013 Сообщений: 11
	28.06.2017, 13:12 [ТС]	5
	Ничего. И это очень красивый пример оптимизации кода. Есть только одна проблема: если это число переполняется в момент его расчета компилятором, то оно не учитывается в дальнейшем (НЕ прибавляется или прибавляется 0 вместо какого-то другого числа). 0

@_Ivana 4817 / 2278 / 287 Регистрация: 01.03.2013 Сообщений: 5,947 Записей в блоге: 28
	28.06.2017, 14:31	6
	Дело в том, что по мнению писателей компиляторов / оптимизаторов, сама задача съедания тактов процессора не рассматривается. Более того - компилятор не гарантирует код, выполняющийся строго определенное число тактов. Считается, что чем быстрее - тем лучше, и тупые циклы для паузы, результаты которых потом не используются, оптимизатор запросто может выкинуть. Мы вообще потеряли контроль за тактами, когда перешли от чистого асма на компиляторы. Поэтому - или дружить с компилятором через волатиле, или писать асм-вставки 0

@~~dawn artist~~ Заблокирован
	28.06.2017, 21:21	7
	Сообщение от qaz0 что происходит на самом деле? Что-то странное. 0

@DrOffset 18822 / 9826 / 2401 Регистрация: 30.01.2014 Сообщений: 17,260
	29.06.2017, 12:22	8
	Сообщение от qaz0 Есть только одна проблема: если это число переполняется в момент его расчета компилятором, то оно не учитывается в дальнейшем (НЕ прибавляется или прибавляется 0 вместо какого-то другого числа). Лучше, наверное, объяснить всем здесь физический смысл этого кода, чего хотелось добиться им. Тогда будет понятно как тут помочь. 0

@_Ivana 4817 / 2278 / 287 Регистрация: 01.03.2013 Сообщений: 5,947 Записей в блоге: 28
	29.06.2017, 15:54	9
	Как начинающий телепат, могу предположить, что пациент пишет кот, который вызывается в обработке прерывания Тайм-Каунтера № 2. А в нем он вместо того, чтобы быстро сделать что надо и выйти в основной поток выполнения, крутит 200 вложенных циклов, сжигая драгоценные такты, в которых 100500^100500 раз инкрементирует локальную переменную жи, которую на ~~счастье~~ горе оптимизатора пытается вывести в конце безобразия. Скорее всего жи у него переполняется неоднократно, и на месте вменяемого оптимизатора я бы заинкрементил на число итераций всех 200 циклов по модуля максимального уинта32, ибо остальные циклы с т.з. оптимизатора бессмысленны. Ну и в то, что все это добро успевает выполниться до следующего тика таймера-каунтера и очередного прерывания, в результате чего не забивается очередь необработанных прерываний (в зависомости от камня), я тоже не особо верю 0

@~~dawn artist~~ Заблокирован
	29.06.2017, 18:05	10
	Сообщение от _Ivana жи у него переполняется неоднократно Беззнаковые числа не переполняются. 0

@Mournful Max Велосипедист... 353 / 220 / 73 Регистрация: 15.12.2015 Сообщений: 785
	29.06.2017, 23:49	12
	Сообщение от _Ivana Пиши еще. Грубо Сообщение от daun-autist Беззнаковые числа не переполняются. Переполняются. Поведение описано стандартом, в отличие от знаковых, что ведет к UB ( или ID? ). 0

Croessmah Неэпический 17869 / 10634 / 2054 Регистрация: 27.09.2012 Сообщений: 26,736 Записей в блоге: 1
	30.06.2017, 06:44	13
	Captain Maxee, не будет UB. 0

	30.06.2017, 17:42

Опции темы

@TheCalligrapher Вездепух 11688 / 6367 / 1723 Регистрация: 18.10.2014 Сообщений: 16,050
	30.06.2017, 08:40	14
	Сообщение от qaz0 если это число переполняется в момент его расчета компилятором, то оно не учитывается в дальнейшем С чего вы взяли? Если бы `j` было знаковым, то компилятор имел бы право перекроить код вообще как угодно и выкинуть что угодно, ибо поведение не определено. А так как в вашем случае `j` - беззнаковое, т.е. поведение вполне определено, то компилятор может просто заранее предсказать, на сколько поменяется значение `j` в результате работы этих ваших циклов. Вполне может быть (я не проверял) что все эти ваши циклы в итоге вообще не меняют значения `j`. Вот компилятор их и выкидывает нафиг. 1

@~~dawn artist~~ Заблокирован
	30.06.2017, 10:53	15
	Сообщение от _Ivana Пук. Ну а что от тебя ещё ожидать? Сообщение от Captain Maxee Переполняются. И тут ты такой подкрепляешь свои слова цитатой из стандарта. 0