gcc 编译优化指南

CFLAGS 与 CXXFLAGS

CFLAGS 表示用于 C 编译器的选项，CXXFLAGS 表示用于 C++ 编译器的选项。这两个变量实际上涵盖了编译和汇编两个步骤。大多数程序和库在编译时默认的优化级别是"2"(使用"-O2"选项)并且带有调试符号来编 译，也就是 CFLAGS="-O2 -g", CXXFLAGS=$CFLAGS 。事实上，"-O2"已经启用绝大多数安全的优化选项了。另一方面，由于大部分选项可以同时用于这两个变量，所以仅在最后讲述只能用于其中一个变量的选 项。[提醒]下面所列选项皆为非默认 选项，你只要按需添加即可。

先说说"-O3"在"-O2"基础上增加的几项：

-finline-functions

允许编译器选择某些简单的函数在其被调用处展开，比较安全的选项，特别是在CPU二级缓存较大时建议使用。

-funswitch-loops

将循环体中不改变值的变量移动到循环体之外。

-fgcse-after-reload

为了清除多余的溢出，在重载之后执行一个额外的载入消除步骤。

另外：

-fomit-frame-pointer

对于不需要栈指针的函数就不在寄存器中保存指针，因此可以忽略存储和检索地址的代 码，同时对许多函数提供一个额外的寄存器。所有"-O"级别都打开它，但仅在调试器可以不依靠栈指针运行时才有效。在AMD64平台上此选项默认打开，但 是在x86平台上则默认关闭。建议显式的设置它。

-falign-functions=N
-falign-jumps=N
-falign-loops=N
-falign-labels=N

这 四个对齐选项在"-O2"中打开，其中的根据不同的平台N使用不同的默认值。如果你想指定不同于默认值的N，也可以单独指定。比如，对于L2- cache>=1M的cpu而言，指定 -falign-functions=64 可能会获得更好的性能。建议在指定了 -march 的时候不明确指定这里的值。

调试选项：

-fprofile-arcs

在使用这一选项编译程序并运行它以创建包含每个代码块的执行次数的文件后，程序可以再次使用 -fbranch-probabilities 编译，文件中的信息可以用来优化那些经常选取的分支。如果没有这些信息，gcc将猜测哪个分支将被经常运行以进行优化。这类优化信息将会存放在一个以源文 件为名字的并以".da"为后缀的文件中。

全局选项：

-pipe

在编译过程的不同阶段之间使用管道而非临时文件进行通信，可以加快编译速度。建议使用。

目录选项：

--sysroot=dir

将dir作为逻辑根目录。比如编译器通常会在 /usr/include 和 /usr/lib 中搜索头文件和库，使用这个选项后将在 dir/usr/include 和 dir/usr/lib 目录中搜索。如果使用这个选项的同时又使用了 -isysroot 选项，则此选项仅作用于库文件的搜索路径，而 -isysroot 选项将作用于头文件的搜索路径。这个选项与优化无关，但是在 CLFS 中有着神奇的作用。

代码生成选项：

-fno-bounds-check

关闭所有对数组访问的边界检查。该选项将提高数组索引的性能，但当超出数组边界时，可能会造成不可接受的行为。

-freg-struct-return

如果struct和union足够小就通过寄存器返回，这将提高较小结构的效率。如果不够小，无法容纳在一个寄存器中，将使用内存返回。建议仅在完全使用GCC编译的系统上才使用。

-fpic

生成可用于共享库的位置独立代码。所有的内部寻址均通过全局偏移表完成。要确定一个地址，需要将代码自身的内存位置作为表中一项插入。该选项产生可以在共享库中存放并从中加载的目标模块。

-fstack-check

为防止程序栈溢出而进行必要的检测，仅在多线程环境中运行时才可能需要它。

-fvisibility=hidden

设置默认的ELF镜像中符号的可见性为隐藏。使用这个特性可以非常充分的提高连接和加 载共享库的性能，生成更加优化的代码，提供近乎完美的API输出和防止符号碰撞。我们强烈建议你在编译任何共享库的时候使用该选项。参见 -fvisibility-inlines-hidden 选项。

硬件体系结构相关选项[仅仅针对x86与x86_64]：

-march=cpu-type

为特定的cpu-type编译二进制代码(不能在更低级别的cpu上运行)。Intel可以 用：pentium2, pentium3(=pentium3m), pentium4(=pentium4m), pentium-m, prescott, nocona, core2(GCC-4.3新增) 。AMD可以用：k6-2(=k6-3), athlon(=athlon-tbird), athlon-xp(=athlon-mp), k8(=opteron=athlon64=athlon-fx)

-mfpmath=sse

P3和athlon-xp级别及以上的cpu支持"sse"标量浮点指令。仅建议在P4和K8以上级别的处理器上使用该选项。

-malign-double

将double, long double, long long对齐于双字节边界上；有助于生成更高速的代码，但是程序的尺寸会变大，并且不能与未使用该选项编译的程序一起工作。

-m128bit-long-double

指定long double为128位，pentium以上的cpu更喜欢这种标准，并且符合x86-64的ABI标准，但是却不附合i386的ABI标准。

-mregparm=N

指定用于传递整数参数的寄存器数目(默认不使用寄存器)。0<=N<=3 ；注意：当N>0时你必须使用同一参数重新构建所有的模块，包括所有的库。

-msseregparm

使用SSE寄存器传递float和double参数和返回值。注意：当你使用了这个选项以后，你必须使用同一参数重新构建所有的模块，包括所有的库。

-mmmx
-msse
-msse2
-msse3
-m3dnow
-mssse3(没写错!GCC-4.3新增)
-msse4.1(GCC-4.3新增)
-msse4.2(GCC-4.3新增)
-msse4(含4.1和4.2,GCC-4.3新增)

是否使用相应的扩展指令集以及内置函数，按照自己的cpu选择吧！

-maccumulate-outgoing-args

指定在函数引导段中计算输出参数所需最大空间，这在大部分现代cpu中是较快的方法；缺点是会明显增加二进制文件尺寸。

-mthreads

支持Mingw32的线程安全异常处理。对于依赖于线程安全异常处理的程序，必须启用这个选项。使用这个选项时会定义"-D_MT"，它将包含使用选项"-lmingwthrd"连接的一个特殊的线程辅助库，用于为每个线程清理异常处理数据。

-minline-all-stringops

默认时GCC只将确定目的地会被对齐在至少4字节边界的字符串操作内联进程序代码。该选项启用更多的内联并且增加二进制文件的体积，但是可以提升依赖于高速 memcpy, strlen, memset 操作的程序的性能。

-minline-stringops-dynamically

GCC-4.3新增。对未知尺寸字符串的小块操作使用内联代码，而对大块操作仍然调用库函数，这是比"-minline-all-stringops"更聪明的策略。决定策略的算法可以通过"-mstringop-strategy"控制。

-momit-leaf-frame-pointer

不为叶子函数在寄存器中保存栈指针，这样可以节省寄存器，但是将会使调试变的困难。注意：不要与 -fomit-frame-pointer 同时使用，因为会造成代码效率低下。

-m64

生成专门运行于64位环境的代码，不能运行于32位环境，仅用于x86_64[含EMT64]环境。

-mcmodel=small

[默认值]程序和它的符号必须位于2GB以下的地址空间。指针仍然是64位。程序可以静态连接也可以动态连接。仅用于x86_64[含EMT64]环境。

-mcmodel=kernel

内核运行于2GB地址空间之外。在编译linux内核时必须使用该选项！仅用于x86_64[含EMT64]环境。

-mcmodel=medium

程序必须位于2GB以下的地址空间，但是它的符号可以位于任何地址空间。程序可以静态连接也可以动态连接。注意：共享库不能使用这个选项编译！仅用于x86_64[含EMT64]环境。

其它优化选项：

-fforce-addr

必须将地址复制到寄存器中才能对他们进行运算。由于所需地址通常在前面已经加载到寄存器中了，所以这个选项可以改进代码。

-finline-limit=n

对伪指令数超过n的函数，编译程序将不进行内联展开，默认为600。增大此值将增加编译时间和编译内存用量并且生成的二进制文件体积也会变大，此值不宜太大。

-fmerge-all-constants

试图将跨编译单元的所有常量值和数组合并在一个副本中。但是标准C/C++要求每个变量都必须有不同的存储位置，所以该选项可能会导致某些不兼容的行为。

-fgcse-sm

在全局公共子表达式消除之后运行存储移动，以试图将存储移出循环。gcc-3.4中曾属于"-O2"级别的选项。

-fgcse-las

在全局公共子表达式消除之后消除多余的在存储到同一存储区域之后的加载操作。gcc-3.4中曾属于"-O2"级别的选项。

-floop-optimize

已废除(GCC-4.1曾包含在"-O1"中)。

-floop-optimize2

使用改进版本的循环优化器代替原来"-floop-optimize"。该优化器将使用不同 的选项(-funroll-loops, -fpeel-loops, -funswitch-loops, -ftree-loop-im)分别控制循环优化的不同方面。目前这个新版本的优化器尚在开发中，并且生成的代码质量并不比以前的版本高。已废除，仅存在 于GCC-4.1之前的版本中。

-funsafe-loop-optimizations

假定循环不会溢出，并且循环的退出条件不是无穷。这将可以在一个比较广的范围内进行循环优化，即使优化器自己也不能断定这样做是否正确。

-fsched-spec-load

允许一些装载指令执行一些投机性的动作。

-ftree-loop-linear

在trees上进行线型循环转换。它能够改进缓冲性能并且允许进行更进一步的循环优化。

-fivopts

在trees上执行归纳变量优化。

-ftree-vectorize

在trees上执行循环向量化。

-ftracer

执行尾部复制以扩大超级块的尺寸，它简化了函数控制流，从而允许其它的优化措施做的更好。据说挺有效。

-funroll-loops

仅对循环次数能够在编译时或运行时确定的循环进行展开，生成的代码尺寸将变大，执行速度可能变快也可能变慢。

-fprefetch-loop-arrays

生成数组预读取指令，对于使用巨大数组的程序可以加快代码执行速度，适合数据库相关的大型软件等。具体效果如何取决于代码。

-fweb

建立经常使用的缓存器网络，提供更佳的缓存器使用率。gcc-3.4中曾属于"-O3"级别的选项。

-ffast-math

违反IEEE/ANSI标准以提高浮点数计算速度，是个危险的选项，仅在编译不需要严格遵守IEEE规范且浮点计算密集的程序考虑采用。

-fsingle-precision-constant

将浮点常量作为单精度常量对待，而不是隐式地将其转换为双精度。

-fbranch-probabilities

在使用 -fprofile-arcs 选项编译程序并执行它来创建包含每个代码块执行次数的文件之后，程序可以利用这一选项再次编译，文件中所产生的信息将被用来优化那些经常发生的分支代码。 如果没有这些信息，gcc将猜测那一分支可能经常发生并进行优化。这类优化信息将会存放在一个以源文件为名字的并以".da"为后缀的文件中。

-frename-registers

试图驱除代码中的假依赖关系，这个选项对具有大量寄存器的机器很有效。gcc-3.4中曾属于"-O3"级别的选项。

-fbranch-target-load-optimize
-fbranch-target-load-optimize2

在执行序启动以及结尾之前执行分支目标缓存器加载最佳化。

-fstack-protector

在关键函数的堆栈中设置保护值。在返回地址和返回值之前，都将验证这个保护值。如果出现了缓冲区溢出，保护值不再匹配，程序就会退出。程序每次运行，保护值都是随机的，因此不会被远程猜出。

-fstack-protector-all

同上，但是在所有函数的堆栈中设置保护值。

--param max-gcse-memory=xxM

执行GCSE优化使用的最大内存量(xxM)，太小将使该优化无法进行，默认为50M。

--param max-gcse-passes=n

执行GCSE优化的最大迭代次数，默认为 1。

传递给汇编器的选项：

-Wa,options

options是一个或多个由逗号分隔的可以传递给汇编器的选项列表。其中的每一个均可作为命令行选项传递给汇编器。

-Wa,--strip-local-absolute

从输出符号表中移除局部绝对符号。

-Wa,-R

合并数据段和正文段，因为不必在数据段和代码段之间转移，所以它可能会产生更短的地址移动。

-Wa,--64

设置字长为64bit，仅用于x86_64，并且仅对ELF格式的目标文件有效。此外，还需要使用"--enable-64-bit-bfd"选项编译的BFD支持。

-Wa,-march=CPU

按照特定的CPU进行优化：pentiumiii, pentium4, prescott, nocona, core, core2; athlon, sledgehammer, opteron, k8 。

仅可用于 CFLAGS 的选项：

-fhosted

按宿主环境编译，其中需要有完整的标准库，入口必须是main()函数且具有int型的返回值。内核以外几乎所有的程序都是如此。该选项隐含设置了 -fbuiltin，且与 -fno-freestanding 等价。

-ffreestanding

按独立环境编译，该环境可以没有标准库，且对main()函数没有要求。最典型的例子就是操作系统内核。该选项隐含设置了 -fno-builtin，且与 -fno-hosted 等价。

仅可用于 CXXFLAGS 的选项：

-fno-enforce-eh-specs

C++标准要求强制检查异常违例，但是该选项可以关闭违例检查，从而减小生成代码的体积。该选项类似于定义了"NDEBUG"宏。

-fno-rtti

如果没有使用'dynamic_cast'和'typeid'，可以使用这个选项禁止为包含虚方法的类生成运行时表示代码，从而节约空间。此选项对于异常处理无效(仍然按需生成rtti代码)。

-ftemplate-depth-n

将最大模版实例化深度设为'n'，符合标准的程序不能超过17，默认值为500。

-fno-optional-diags

禁止输出诊断消息，C++标准并不需要这些消息。

-fno-threadsafe-statics

GCC自动在访问C++局部静态变量的代码上加锁，以保证线程安全。如果你不需要线程安全，可以使用这个选项。

-fvisibility-inlines-hidden

默认隐藏所有内联函数，从而减小导出符号表的大小，既能缩减文件的大小，还能提高运行性能，我们强烈建议你在编译任何共享库的时候使用该选项。参见 -fvisibility=hidden 选项。

LDFLAGS

LDFLAGS 是传递给连接器的选项。这是一个常被忽视的变量，事实上它对优化的影响也是很明显的。

-s

删除可执行程序中的所有符号表和所有重定位信息。其结果与运行命令 strip 所达到的效果相同，这个选项是比较安全的。

-Wl,options

options是由一个或多个逗号分隔的传递给链接器的选项列表。其中的每一个选项均会作为命令行选项提供给链接器。

-Wl,-On

当n>0时将会优化输出，但是会明显增加连接操作的时间，这个选项是比较安全的。

-Wl,--exclude-libs=ALL

不自动导出库中的符号，也就是默认将库中的符号隐藏。

-Wl,-m

仿真连接器，当前ld所有可用的仿真可以通过"ld -V"命令获取。默认值取决于ld的编译时配置。

-Wl,--sort-common

把全局公共符号按照大小排序后放到适当的输出节，以防止符号间因为排布限制而出现间隙。

-Wl,-x

删除所有的本地符号。

-Wl,-X

删除所有的临时本地符号。对于大多数目标平台，就是所有的名字以'L'开头的本地符号。

-Wl,-zcomberloc

组合多个重定位节并重新排布它们，以便让动态符号可以被缓存。

-Wl,--enable-new-dtags

在ELF中创建新式的"dynamic tags"，但在老式的ELF系统上无法识别。

-Wl,--as-needed

移除不必要的符号引用，仅在实际需要的时候才连接，可以生成更高效的代码。

-Wl,--no-define-common

限制对普通符号的地址分配。该选项允许那些从共享库中引用的普通符号只在主程序中被分配地址。这会消除在共享库中的无用的副本的空间，同时也防止了在有多个指定了搜索路径的动态模块在进行运行时符号解析时引起的混乱。

-Wl,--hash-style=gnu

使用gnu风格的符号散列表格式。它的动态链接性能比传统的sysv风格(默认)有较大提升，但是它生成的可执行程序和库与旧的Glibc以及动态链接器不兼容。

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最后说两个与优化无关的系统环境变量，因为会影响GCC编译程序的方式，下面两个是咱中国人比较关心的：

LANG

指定编译程序使用的字符集，可用于创建宽字符文件、串文字、注释；默认为英文。[目前只支持日文"C-JIS,C-SJIS,C-EUCJP"，不支持中文]

LC_ALL

指定多字节字符的字符分类，主要用于确定字符串的字符边界以及编译程序使用何种语言发出诊断消息；默认设置与 LANG相同。中文相关的几项："zh_CN.GB2312 , zh_CN.GB18030 , zh_CN.GBK , zh_CN.UTF-8 , zh_TW.BIG5"。