gcc 中-O1 -O2 -O3 优化的原理

       一般来说，如果不指定优化标识的话，gcc就会产生可调试代码，每条指令之间将是独立的：可以在指令之间设置断点，使用gdb中的 p命令查看变量的值，改变变量的值等。并且把获取最快的编译速度作为它的目标。

       当优化标识被启用之后，gcc编译器将会试图改变程序的结构（当然会在保证变换之后的程序与源程序语义等价的前提之下），以满足某些目标，如：代码大小最小或运行速度更快（只不过通常来说，这两个目标是矛盾的，二者不可兼得）。

       在不同的gcc配置和目标平台下，同一个标识所采用的优化种类也是不一样的，这可以使用-Q --help =optimizers来获取每个优化标识所启用的优化选项。

下面每个-f**优化标识都可以在上述链接中找到解释

1.-O，-O1：
       这两个命令的效果是一样的，目的都是在不影响编译速度的前提下，尽量采用一些优化算法降低代码大小和可执行代码的运行速度。并开启如下的优化选项：

-fauto-inc-dec

-fbranch-count-reg

-fcombine-stack-adjustments

-fcompare-elim

-fcprop-registers

-fdce

-fdefer-pop

-fdelayed-branch

-fdse

-fforward-propagate

-fguess-branch-probability

-fif-conversion2

-fif-conversion

-finline-functions-called-once

-fipa-pure-const

-fipa-profile

-fipa-reference

-fmerge-constants

-fmove-loop-invariants

-freorder-blocks

-fshrink-wrap

-fshrink-wrap-separate

-fsplit-wide-types

-fssa-backprop

-fssa-phiopt

-fstore-merging

-ftree-bit-ccp

-ftree-ccp

-ftree-ch

-ftree-coalesce-vars

-ftree-copy-prop

-ftree-dce

-ftree-dominator-opts

-ftree-dse

-ftree-forwprop

-ftree-fre

-ftree-phiprop

-ftree-sink

-ftree-slsr

-ftree-sra

-ftree-pta

-ftree-ter

-funit-at-a-time

 

2. -O2
       该优化选项会牺牲部分编译速度，除了执行-O1所执行的所有优化之外，还会采用几乎所有的目标配置支持的优化算法，用以提高目标代码的运行速度。

-fthread-jumps

-falign-functions  -falign-jumps

-falign-loops  -falign-labels

-fcaller-saves

-fcrossjumping

-fcse-follow-jumps  -fcse-skip-blocks

-fdelete-null-pointer-checks

-fdevirtualize -fdevirtualize-speculatively

-fexpensive-optimizations

-fgcse  -fgcse-lm 

-fhoist-adjacent-loads

-finline-small-functions

-findirect-inlining

-fipa-cp

-fipa-cp-alignment

-fipa-bit-cp

-fipa-sra

-fipa-icf

-fisolate-erroneous-paths-dereference

-flra-remat

-foptimize-sibling-calls

-foptimize-strlen

-fpartial-inlining

-fpeephole2

-freorder-blocks-algorithm=stc

-freorder-blocks-and-partition -freorder-functions

-frerun-cse-after-loop 

-fsched-interblock  -fsched-spec

-fschedule-insns  -fschedule-insns2

-fstrict-aliasing -fstrict-overflow

-ftree-builtin-call-dce

-ftree-switch-conversion -ftree-tail-merge

-fcode-hoisting

-ftree-pre

-ftree-vrp

-fipa-ra

3. -O3
       该选项除了执行-O2所有的优化选项之外，一般都是采取很多向量化算法，提高代码的并行执行程度，利用现代CPU中的流水线，Cache等。

-finline-functions      // 采用一些启发式算法对函数进行内联

-funswitch-loops        // 执行循环unswitch变换

-fpredictive-commoning  //

-fgcse-after-reload     //执行全局的共同子表达式消除

-ftree-loop-vectorize　  //

-ftree-loop-distribute-patterns

-fsplit-paths

-ftree-slp-vectorize

-fvect-cost-model

-ftree-partial-pre

-fpeel-loops

-fipa-cp-clone options

这个选项会提高执行代码的大小，当然会降低目标代码的执行时间。

４. -Os
       这个优化标识和-O3有异曲同工之妙，当然两者的目标不一样，-O3的目标是宁愿增加目标代码的大小，也要拼命的提高运行速度，但是这个选项是在-O2的基础之上，尽量的降低目标代码的大小，这对于存储容量很小的设备来说非常重要。
为了降低目标代码大小，会禁用下列优化选项，一般就是压缩内存中的对齐空白(alignment padding)

-falign-functions 

-falign-jumps 

-falign-loops

-falign-labels

-freorder-blocks 

-freorder-blocks-algorithm=stc

-freorder-blocks-and-partition 

-fprefetch-loop-arrays

5. -Ofast:
      该选项将不会严格遵循语言标准，除了启用所有的-O3优化选项之外，也会针对某些语言启用部分优化。如：-ffast-math ，对于Fortran语言，还会启用下列选项：

-fno-protect-parens

-fstack-arrays

6.-Og:
      该标识会精心挑选部分与-g选项不冲突的优化选项，当然就能提供合理的优化水平，同时产生较好的可调试信息和对语言标准的遵循程度。