高效的C编程之：C编译器及其优化

本章将帮助读者在ARM处理器上编写高效的C代码。本章涉及的一些技术不仅适用于ARM处理器，也适用于其他RISC处理器。本章首先从ARM编译器及其优化入手，讲解C编译器在优化代码时所碰到的一些问题。理解这些问题，将有助于编写出在提高执行速度和减少代码尺寸方面更高效的C源代码。

本章假定读者熟悉C语言，并且有一些汇编语言编程方面的知识。有关ARM编程的详细信息，请参阅本书的相关章节。

14.1 C编译器及其优化

本章主要讲解C编译器在代码优化时遇到的一些问题。要编写高效的C语言源代码，必须了解C编译器对什么形式的代码有所改动，编译器涉及的处理器结构的限制，以及一些特殊的C编译器的限制。

14.1.1 为编译器选择处理器结构

在编译C源文件时，必须为编译器指定正确的处理器类型。这样可以使编译的代码最大限度地利用处理器的硬件结构，如对半字加载（Halfword Load）、存储指令（Store Instructions）和指令调度（Instruction Scheduling）的支持。所以编译程序时，应该尽量准确地告诉编译器该代码是运行在什么类型的处理器上。有些处理器类型编译器是不能直接支持，如SA-1100，这时可以使用与该类型处理器为同一指令集的基本处理器，比如对于SA-100，可以使用StrongARM。

选择处理器类型可以使用--cpu name编译选项。该选项生成用于特定ARM处理器或体系结构的代码。

如果name是处理器名称。

· 输入名称必须和ARM数据表中所示严格一致，例如ARM7TDMI。该选项不接受通配符字符。有效值是任何 ARM6 或更高版本的 ARM 处理器。

· 选择处理器操作会选择适当的体系结构、浮点单元 (FPU) 以及存储结构。

· 某些--cpu选择暗含--fpu选择。例如，当使用--arm选项编译时，--cpu ARM1136JF-S暗含--fpu vfpv2。隐式FPU只覆盖命令行上出现在--cpu选项前面的显式--fpu选项。如果没有指定--fpu选项和--cpu选项，则使用--fpu softvfp。

14.1.2 调试选项

如果在编译C源程序时，设置了调试选项，这将很大程度地影响最终代码的大小和执行效率。因为带调试信息的代码映像，为了能够在调试程序时正确地显示变量或设置断点，包含很多冗余的代码和数据。所以如果想最大限度地提供程序执行效率、减少代码尺寸，就要在编译源文件时，去除编译器的调试选项。

以下选项指定调试表生成方法。

· -g （--debug）：该选项启用生成当前编译的调试表。无论是否使用-g选项，编译器都生成的代码是相同的。惟一差别是调试表的存在与否。编译器是否对代码进行优化是由-O选项指定调的。默认情况下，使用-g选项等价于使用：-g -dwarf2 --debug_macros。

· --no_debug：该选项禁止生成当前编译的调试表。这是默认选项。

· --no_debug_macros：当与-g一起使用时，该选项禁止生成预处理程序宏定义的调试表条目（Entry）。这会减小调试映像的大小。-gt-p是-gtp的同义字。

--debug_macros 当与 -g 一起使用时，该选项启用生成预处理程序宏定义的调试表条目。这是默认选项，会增加调试映像的大小。一些调试程序忽略预处理程序条目。

14.1.3 优化选项

使用-Onum选择编译器的优化级别。优化级别分别为。

· -O0：除一些简单的代码编号之外，关闭所有优化。使用该编译选项可以提供最直接的优化信息。

· -O1：关闭严重影响调试效果的优化功能。使用该编译选项，编译器会移除程序中未使用到的内联函数和静态函数。如果与 --debug 一起使用，该选项可以在较好的代码密度下，给出最佳调试视图。

· -O2：生成充分优化代码。如果与 --debug 一起使用，调试效果可能不令人满意，因为目标代码到源代码的映射可能因为代码优化而发生变化。

如果不生成调试表，这是默认优化级别。

· -O3：最高优化级别。使用该优化级别，使生成的代码在时间和空间上寻求平衡。该选项常和-Ospace和-Otime配合使用。

· -O3 –Otime：使用该选项编译的代码比-O2 –Otime选项编译的代码，在执行速度上要快，但占用的空间也更大。

· -O3 -Ospace