KEIL5优化等级详细介绍

3.4选择优化选项

Arm®编译器执行了一些优化，以减少代码大小并提高应用程序的性能。有不同的优化层次，它们有不同的优化目标。因此，优化某个目标会对其他目标产生影响。优化水平总是这些不同目标之间的一种权衡。

ARM编译器提供了不同的优化级别来控制不同的优化目标。针对您的应用程序的最佳优化级别取决于您的应用程序和优化目标。

表3-8优化目标

优化目标	有用的优化级别
较小的代码大小	-Oz, -Omin
更快的性能	-O2, -O3, -Ofast, -Omax
良好的调试经验，没有代码膨胀	-O1
源代码和生成代码之间更好的相关性	-O0（无优化）
更快的编译和构建时间	-O0（无优化）
平衡的代码大小的减少和快速的性能	-Os

如果您使用更高的优化级别来实现性能，那么它会对其他目标有更高的影响，如降级的调试体验、增加的代码大小和增加的构建时间。

如果您的优化目标是减少代码大小，那么它会对其他目标产生影响，如调试体验下降、性能下降和增加生成时间等。

armclang提供了一系列选项，以帮助您找到适合您的需求的方法。考虑一下是减少代码大小还是提高性能是对应用程序最重要的目标，然后选择一个匹配您的目标的选项。

优化级别-O0

-O0禁用所有优化。此优化级别是默认的优化级别。使用-O0可以产生更快的编译和构建时间，但产生的代码比其他优化级别要慢。在-O0时，代码大小和堆栈使用量明显高于其他优化级别。生成的代码与源代码密切相关，但明显生成了更多的代码，包括死代码。

优化级别-O1

-O1支持在编译器中的核心优化。这个优化级别提供了良好的调试体验，具有比-O0更好的代码质量。此外，堆栈的使用情况也提高了超过-O0。Arm推荐此选项，以获得良好的调试体验。

使用-O1与-O0时的差异在于：

已启用了优化，这可能会降低调试信息的保真度。

内联和尾调用被启用，这意味着回溯可能不会提供读取源代码的开放函数激活堆栈。

如果不需要该结果，则可能不会在预期的位置调用没有副作用的函数，或者可能被省略。

变量的值可能在其范围内不可用。例如，它们的堆栈位置可能已经被重用了。

优化等级-O2

与-O1相比，-O2是一个更高的性能优化方法。它增加了一些新的优化，并改变了与-O1相比用于优化的启发式。这个级别是编译器可能自动生成向量指令的第一个优化级别。它还会降低调试体验，并可能导致比-O1增加的代码大小。

使用-O2与使用-O1时的差异是：

编译器认为内联一个调用站点是有利可图的阈值可能会增加。

所执行的循环展开的量可能会增加。

可以为简单的循环和独立标量操作的相关序列生成向量指令。

可以使用armclang命令行选项-fno-vectorize来抑制矢量指令的创建。

优化等级-O3

与o2相比，o3是一个更高的性能优化方法。这种优化级别支持需要大量编译时分析和资源的优化，并与-O2相比更改了优化的启发式。-O3指示编译器优化生成代码的性能，而忽略生成代码的大小，这可能会导致代码大小的增加。与-O2相比，它还会降低了调试体验。

使用O3与使用O2时的差异是：

编译器认为内联一个调用站点是有利可图的阈值会增加。

所执行的循环展开的量将会增加。

在编译器管道的后期启用了更积极的指令优化。

优化级别-Os

-Os旨在在不显著增加代码大小的情况下提供高性能。根据您的应用程序，-Os提供的性能可能类似于-O2或-O3。

与-O3相比，Os提供了代码大小的减少。与-O1相比，它还降低了调试体验。

使用Os与O3时的差异是：

编译器认为内联调用站点是有利可图的阈值会降低。

所执行的循环展开量显著降低。

优化水平-Oz

-Oz的目标是提供减少的代码大小，而不使用链路时间优化（LTO）。如果LTO不适合您的应用程序，Arm建议使用此选项以获得最佳代码大小。与-O1相比，这个优化级别降低了调试体验。

使用-Oz与-Os时的差异在于：

指示编译器只对代码大小进行优化，而忽略性能优化，这可能会导致代码变慢。

未禁用函数内联。在某些情况下，内联可能会减少代码大小，例如函数只调用一次。只有当代码大小预期会减少时，内嵌启发式才会调整为内联。

将禁用可能会增加代码大小的优化，如循环展开和循环向量化。

循环作为时循环生成，而不是执行时循环生成。

优化级别-Omin

-Omin旨在提供尽可能小的代码大小。Arm建议使用此选项，以获得最佳的代码大小。与-O1相比，这个优化级别降低了调试体验。

使用-Omin与-Oz时的差异是：

-Omin支持一组基本的链接时间优化（LTO），旨在删除未使用的代码和数据，同时也试图优化全局内存访问。

-Omin使虚拟功能消除，这是C++用户特别受益的一个好处。

如果您想在-Omin上编译并使用单独的编译和链接步骤，那么您还必须在armlink命令行中包含-Omin。

优化水平-Ofast

-Ofast从o3级执行优化，包括使用fammamclang选项执行的优化。

此级别还执行其他可能违反严格遵守语言标准的积极优化。

这个级别会降低调试体验，并可能导致比-O3增加的代码大小。

优化级别-Omax

-Omax执行最大限度的优化，并专门针对性能优化。它支持来自级别ofast的所有优化，以及链路时间优化（LTO）。

在这个优化级别上，ARM编译器可能会违反严格的语言标准。使用此优化级别以获得最快的性能。

此级别会降低调试体验，并可能导致比-Ofast有更大的代码大小。

如果您想在-Omax上编译，并且有单独的编译和链接步骤，那么您还必须在armlink命令行中包含-Omax。

示例

该示例显示了在使用-O0优化选项时进行的代码生成。若要执行此优化，请使用以下方法编译源文件：

目标=手ARM，目标=文件

表3-9使用-O0生成代码的示例

file.c中的源代码	未优化的输出
int dummy() {     int x=10, y=20;     int z;     z=x+y;     return 0; }	dummy:     .fnstart     .pad #12      sub     sp, sp, #12      mov     r0, #10      str     r0, [sp, #8]      mov     r0, #20      str     r0, [sp, #4]      ldr     r0, [sp, #8]      add     r0, r0, #20      str     r0, [sp]      mov     r0, #0      add     sp, sp, #12      bx  lr

该示例显示了在使用-O1优化选项时进行的代码生成。若要执行此优化，请使用以下方法编译源文件：

armclang --target=arm-arm-none-eabi -march=armv7-a -O1 -S file.c

表3-10使用-O1生成代码的示例

file.c中的源代码	从armclang优化输出
int dummy() {     int x=10, y=20;     int z;     z=x+y;     return 0; }	dummy:     .fnstart     movs r0, #0     bx lr

源文件大多包含死代码，如int x=10和z=x+y。在优化级别o0，编译器不执行优化，因此为源文件中的死代码生成代码。但是，在优化级别o1中，编译器不会为源文件中的死代码生成代码。