Скажем, у меня был этот фрагмент кода:
#include <cmath>
// ...
float f = rand();
std::cout << sin(f) << " " << sin(f);
Поскольку sin(f) - хорошо определенная функция, существует простая оптимизация:
float f = rand();
float sin_f = sin(f);
std::cout << sin_f << " " << sin_f;
Это оптимизация, которую разумно ожидать от современного компилятора С++? Или нет способа для компилятора определить, что sin(f) всегда должен возвращать одно и то же значение для равного значения f?
Использование g++, построенного с использованием флагов оптимизации по умолчанию:
float f = rand();
40117e: e8 75 01 00 00 call 4012f8 <_rand>
401183: 89 44 24 1c mov %eax,0x1c(%esp)
401187: db 44 24 1c fildl 0x1c(%esp)
40118b: d9 5c 24 2c fstps 0x2c(%esp)
std::cout << sin(f) << " " << sin(f);
40118f: d9 44 24 2c flds 0x2c(%esp)
401193: dd 1c 24 fstpl (%esp)
401196: e8 65 01 00 00 call 401300 <_sin> <----- 1st call
40119b: dd 5c 24 10 fstpl 0x10(%esp)
40119f: d9 44 24 2c flds 0x2c(%esp)
4011a3: dd 1c 24 fstpl (%esp)
4011a6: e8 55 01 00 00 call 401300 <_sin> <----- 2nd call
4011ab: dd 5c 24 04 fstpl 0x4(%esp)
4011af: c7 04 24 e8 60 40 00 movl $0x4060e8,(%esp)
Построено с помощью -O2:
float f = rand();
4011af: e8 24 01 00 00 call 4012d8 <_rand>
4011b4: 89 44 24 1c mov %eax,0x1c(%esp)
4011b8: db 44 24 1c fildl 0x1c(%esp)
std::cout << sin(f) << " " << sin(f);
4011bc: dd 1c 24 fstpl (%esp)
4011bf: e8 1c 01 00 00 call 4012e0 <_sin> <----- 1 call
Из этого можно видеть, что без оптимизации компилятор использует 2 вызова и только 1 с оптимизациями, эмпирически, я думаю, мы можем сказать, что компилятор оптимизирует вызов.
Я достаточно уверен, что метки GCC sin имеют нестандартный чистый атрибут, т.е. __attribute__ ((pure));
Это имеет следующий эффект:
Многие функции не имеют эффектов, кроме возвращаемого значения, а их возвращаемое значение зависит только от параметров и/или глобальных переменных. Такая функция может быть подвержена общему исключению подвыражения и оптимизации цикла, так же, как и арифметический оператор.
http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Function-Attributes.html
И поэтому есть очень хороший шанс, что такие чистые вызовы будут оптимизированы с устранением общего подвыражения.
(обновление: на самом деле cmath использует constexpr, что подразумевает ту же оптимизацию)