GCC 优化了基于固定范围的 for 循环，就好像它具有更长的可变长度一样

我有一个 POD 结构数组，并试图在一个字段中求和。 下面是一个最小示例：

struct Item
{
int x = 0;
int y = 0;
};
typedef Item Items[2];
struct ItemArray
{
Items items;
int sum_x1() const;
int sum_x2() const;
};
int ItemArray::sum_x1() const
{
int total = 0;
for (unsigned ii = 0; ii < 2; ++ii)
{
total += items[ii].x;
}
return total;
}
int ItemArray::sum_x2() const
{
int total = 0;
for (const Item& item : items)
{
total += item.x;
}
return total;
}

这两个 sum 函数执行相同的操作。 Clang以相同的方式编译它们。 但是x86_64上有-O3的GCC 6没有。 这是sum_x1()，看起来不错：

mov eax, DWORD PTR [rdi+8]
add eax, DWORD PTR [rdi]
ret

现在看看sum_x2()：

lea rdx, [rdi+16]
lea rcx, [rdi+8]
xor eax, eax
add eax, DWORD PTR [rdi]
cmp rdx, rcx
je .L12
lea rcx, [rdi+16]
add eax, DWORD PTR [rdi+8]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+24]
add eax, DWORD PTR [rdi+16]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+32]
add eax, DWORD PTR [rdi+24]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+40]
add eax, DWORD PTR [rdi+32]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+48]
add eax, DWORD PTR [rdi+40]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+56]
add eax, DWORD PTR [rdi+48]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+64]
add eax, DWORD PTR [rdi+56]
cmp rdx, rcx
je .L2
lea rcx, [rdi+72]
add eax, DWORD PTR [rdi+64]
cmp rdx, rcx
je .L2
add eax, DWORD PTR [rdi+72]
ret
.L2:
rep ret
.L12:
rep ret

当循环长度固定为 2 时，为什么 GCC 会发出一个可变长度为 10 的展开环？ 它只在成员函数中执行此操作 -sum_x2自由函数修复它。

ICC也非常奇怪地优化sum_x2()，尽管生成的代码完全不同。 与 GCC 不同，sum_x2()是成员函数还是自由函数并不重要——两者都不好。

我使用的是 GCC 6，但所有版本的 GCC 似乎都有此代码的问题。 添加-march=haswell会使情况变得更糟，在大小为 2 的数组中添加多达 15 个元素的迭代。 GCC 5 和 7 会生成更复杂的代码，并添加 SIMD 指令。

我想确定此问题的确切原因，以便我可以在代码中找到并修复类似的事件。了解 GCC 6 中触发此行为的原因将非常有帮助。 我的代码中有很多基于范围的for循环，我对删除它们的前景并不太兴奋，但如果GCC无法生成合理的代码，我将别无选择。

试一试：https://godbolt.org/g/9GK4jy

更多相关的精神错乱：https://godbolt.org/g/BGYggD(最佳代码是 3 条指令;GCC 6 产生 8 条指令;GCC 7 产生 130 条指令(