เหตุใดสวิตช์จึงไม่ปรับให้เหมาะสมในลักษณะเดียวกับการผูกมัดในกรณีอื่นใน c / c ++

การดำเนินการตามตารางต่อไปนี้จะสร้างชุดของคำสั่ง cmp / je อย่างที่ฉันคาดหวังว่าจะถูกล่ามโซ่หากข้อความ:

int square(int num) {
    if (num == 0){
        return 0;
    } else if (num == 1){
        return 1;
    } else if (num == 2){
        return 4;
    } else if (num == 3){
        return 9;
    } else if (num == 4){
        return 16;
    } else if (num == 5){
        return 25;
    } else if (num == 6){
        return 36;
    } else if (num == 7){
        return 49;
    } else {
        return num * num;
    }
}

และต่อไปนี้สร้างตารางข้อมูลสำหรับการส่งคืน:

int square_2(int num) {
    switch (num){
        case 0: return 0;
        case 1: return 1;
        case 2: return 4;
        case 3: return 9;
        case 4: return 16;
        case 5: return 25;
        case 6: return 36;
        case 7: return 49;
        default: return num * num;
    }
}

เหตุใด gcc จึงไม่สามารถปรับค่าตัวแรกให้อยู่ในอันดับต้น ๆ

ถอดแยกชิ้นส่วนเพื่อการอ้างอิง: https://godbolt.org/z/UP_igi

แก้ไข: น่าสนใจ MSVC สร้างตารางกระโดดแทนที่จะเป็นตารางข้อมูลสำหรับกรณีสวิทช์ และที่น่าประหลาดใจคือเสียงดังกราวให้มันได้ผลดีที่สุด

รหัสที่สร้างขึ้นสำหรับswitch-caseการใช้ตารางการกระโดดตามอัตภาพ ในกรณีนี้การส่งคืนโดยตรงผ่านตารางการค้นหาดูเหมือนจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพโดยใช้ความจริงที่ว่าทุกกรณีที่เกี่ยวข้องกับการส่งคืน แม้ว่ามาตรฐานจะไม่รับประกันผลกระทบนั้น แต่ฉันก็ต้องแปลกใจถ้าคอมไพเลอร์ต้องสร้างชุดข้อมูลเปรียบเทียบแทนตารางกระโดดสำหรับกรณีสวิตช์ธรรมดา

ตอนนี้มาถึงif-elseมันเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ในขณะที่switch-caseดำเนินการในเวลาคงที่โดยไม่คำนึงถึงจำนวนสาขาif-elseจะได้รับการปรับให้เหมาะสมกับสาขาจำนวนน้อย ที่นี่คุณคาดหวังว่าคอมไพเลอร์จะสร้างชุดการเปรียบเทียบตามลำดับที่คุณเขียนไว้

ดังนั้นถ้าฉันได้ใช้if-elseเพราะผมคาดหวังว่าสายมากที่สุดเพื่อsquare()ที่จะให้0หรือ1และไม่ค่อยมีค่าอื่น ๆ แล้ว 'เพิ่มประสิทธิภาพ' นี้ให้ตารางการค้นหาได้จริงสาเหตุรหัสของฉันทำงานช้าลงกว่าที่ผมคาดหวังเอาชนะวัตถุประสงค์ของฉันสำหรับใช้ifแทน switchของ ดังนั้นแม้ว่าจะเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ แต่ฉันรู้สึกว่า GCC กำลังทำสิ่งที่ถูกต้อง

ในความคิดเห็นมีคนแบ่งปันลิงค์ที่เสียงดังกราวทำการเพิ่มประสิทธิภาพนี้และสร้างรหัสตามตารางการค้นหาif-elseเช่นกัน สิ่งที่น่าสังเกตเกิดขึ้นเมื่อเราลดจำนวนผู้ป่วยลงเหลือเพียงสองคน (และค่าเริ่มต้น) ด้วยเสียงดังกราว มันสร้างรหัสที่เหมือนกันอีกครั้งสำหรับทั้ง if และ switch แต่คราวนี้ สลับไปที่การเปรียบเทียบและย้ายแทนการค้นหาในตารางทั้งสอง ซึ่งหมายความว่าแม้แต่เสียงดังกังวานที่นิยมใช้สวิตช์ก็รู้ว่ารูปแบบ 'if' นั้นเหมาะสมที่สุดเมื่อจำนวนเคสมีน้อย!

โดยสรุปลำดับของการเปรียบเทียบif-elseและตารางกระโดดสำหรับswitch-caseเป็นรูปแบบมาตรฐานที่คอมไพเลอร์มีแนวโน้มที่จะติดตามและนักพัฒนามักจะคาดหวังเมื่อพวกเขาเขียนรหัส อย่างไรก็ตามสำหรับบางกรณีพิเศษคอมไพเลอร์บางคนอาจเลือกที่จะทำลายรูปแบบนี้ซึ่งพวกเขารู้สึกว่ามันมีการเพิ่มประสิทธิภาพที่ดีขึ้น คอมไพเลอร์อื่น ๆ อาจเลือกที่จะยึดตามแพทเทิร์นต่อไปแม้ว่าจะเห็นได้ชัดว่าดีที่สุดย่อยเชื่อใจนักพัฒนาที่จะรู้ว่าเขาต้องการอะไร ทั้งคู่เป็นแนวทางที่ถูกต้องโดยมีข้อดีและข้อเสีย

เหตุผลหนึ่งที่เป็นไปได้คือหากค่าที่ต่ำของnumมีแนวโน้มมากกว่าเช่นเสมอ 0 รหัสที่สร้างขึ้นสำหรับรหัสแรกอาจเร็วขึ้น รหัสที่สร้างขึ้นสำหรับสวิตช์ใช้เวลาเท่ากันสำหรับค่าทั้งหมด

เปรียบเทียบกรณีที่ดีที่สุดตามตารางนี้ ดูคำตอบนี้สำหรับคำอธิบายของตาราง

ถ้าnum == 0, สำหรับ "if" คุณมี xor, ทดสอบ, je (with jump), ret. ความหน่วง: 1 + 1 + กระโดด อย่างไรก็ตาม xor และการทดสอบมีความเป็นอิสระดังนั้นความเร็วในการเรียกใช้จริงจะเร็วกว่า 1 + 1 รอบ

ถ้าnum < 7สำหรับ "สวิตช์" คุณมี mov, cmp, ja (โดยไม่ต้องกระโดด), mov, ret ความหน่วง: 2 + 1 + ไม่กระโดด + 2

คำสั่งการกระโดดที่ไม่ส่งผลต่อการกระโดดเร็วกว่าคำสั่งการกระโดด อย่างไรก็ตามตารางไม่ได้กำหนดเวลาแฝงสำหรับการกระโดดดังนั้นจึงไม่ชัดเจนสำหรับฉันว่าอันไหนดีกว่า เป็นไปได้ว่าสุดท้ายจะดีกว่าเสมอและ GCC ไม่สามารถปรับให้เหมาะสมได้