为何GCC在-O0编译目标文件时LTO不执行函数死代码消除？

示例代码 #

notmain.c #

int __attribute__ ((noinline)) notmain(int i) {
    return i + 1;
}

int notmain2(int i) {
    return i + 2;
}

main.c #

int notmain(int);

int main(int argc, char **argv) {
    return notmain(argc);
}

测试过程与现象 #

我用noinline属性确保现象并非notmain是否被内联带来的次生效应。

用-O1编译并反汇编 #

执行命令：

gcc -c -flto -O1 notmain.c
gcc -flto -O3 notmain.o main.c
objdump -d a.out

结果：notmain保留，notmain2被死代码消除：

0000000000001040 <main>:
    1040:       f3 0f 1e fa             endbr64
    1044:       e9 f0 00 00 00          jmp    1139 <notmain>
    1049:       0f 1f 80 00 00 00 00    nopl   0x0(%rax)

0000000000001139 <notmain>:
    1139:       8d 47 01                lea    0x1(%rdi),%eax
    113c:       c3                      ret

用-O0编译并反汇编 #

改用以下命令：

gcc -c -flto -O0 notmain.c
gcc -flto -O3 notmain.o main.c
objdump -d a.out

结果：两个函数都保留：

0000000000001040 <main>:
    1040:       f3 0f 1e fa             endbr64
    1044:       e9 f0 00 00 00          jmp    1139 <notmain>
    1049:       0f 1f 80 00 00 00 00    nopl   0x0(%rax)

0000000000001139 <notmain>:
    1139:       f3 0f 1e fa             endbr64
    113d:       55                      push   %rbp
    113e:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    1141:       89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)
    1144:       8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
    1147:       83 c0 01                add    $0x1,%eax
    114a:       5d                      pop    %rbp
    114b:       c3                      ret

000000000000114c <notmain2>:
    114c:       f3 0f 1e fa             endbr64
    1150:       55                      push   %rbp
    1151:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    1154:       89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)
    1157:       8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
    115a:       83 c0 02                add    $0x2,%eax
    115d:       5d                      pop    %rbp
    115e:       c3                      ret

核心问题 #

我想知道：-O1编译notmain.o时做了哪些改动，让LTO能对notmain2执行死代码消除，而-O0编译时却做不到？

排查尝试 #

我尝试找出-O1中哪个具体优化选项导致这个现象，把man gcc里列出的-O1启用的所有选项单独加进去编译：

gcc -c -flto -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-conversion -fif-conversion2 -finline-functions-called-once -fipa-modref -fipa-profile -fipa-pure-const -fipa-reference -fipa-reference-addressable -fmerge-constants -fmove-loop-invariants -fmove-loop-stores -fomit-frame-pointer -freorder-blocks -fshrink-wrap -fshrink-wrap-separate -fsplit-wide-types -fssa-backprop -fssa-phiopt -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-pta -ftree-scev-cprop -ftree-sink -ftree-slsr -ftree-sra -ftree-ter -funit-at-a-time notmain.c
gcc -flto -O3 notmain.o main.c
objdump -d a.out

但此时notmain2依然保留，没被消除。

我又用lto-dump查看LTO中间代码，对比-O1和-O0编译的notmain.o里notmain2的Gimple代码：

-O1编译时的notmain2 Gimple代码 #

Gimple Body of Function: notmain2
int notmain2 (int i)
{
  int _2;

  <bb 2> [local count: 1073741824]:
  _2 = i_1(D) + 2;
  return _2;

}

-O0编译时的notmain2 Gimple代码 #

Gimple Body of Function: notmain2
int notmain2 (int i)
{
  int D.4724;
  int _2;

  <bb 2> :
  _2 = i_1(D) + 2;

  <bb 3> :
<L0>:
  return _2;

}

两者没有明显差异。

测试环境：Ubuntu 23.04，GCC 12.2.0。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ciro Santilli OurBigBook.com