GCC优化阶段是否静态估算代码执行时间？相关参数含义咨询

我正在尝试使用GCC的-fopt-info选项查看已应用的优化。以下是示例代码（src.c）：

#include <stdio.h>

int op(int x) {
    if (x >= 0) {
        return (x + 1) * (x + 2) / 2;
    } else {
        return -x;
    }
}

int f(int x) {
    int r = 0;
    int v[10] = { 0 };
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        r += op(v[i]);
    }
    return r;
}

int main(void) {
    int x;
    int r = scanf("%d", &x);
    return f(x) % 2 + r;
}

使用gcc -O3 -fopt-info src.c（GCC版本9.4.0）编译后，输出如下：

src.c:15:8: optimized:  Inlining op/23 into f/24.
src.c:23:9: optimized:  Inlining f/24 into main/25.
optimized:  Inlined op.part.0.constprop/31 into main/25 which now has time 59.004400 and size 13, net change of -3.
optimized:  Inlined op.part.0.constprop/30 into f/24 which now has time 44.004400 and size 7, net change of -6.
optimized:  Inlined op.part.0/32 into op/23 which now has time 6.770000 and size 10, net change of +1.
src.c:14:2: optimized: loop with 10 iterations completely unrolled (header execution count 97603136)
src.c:14:2: optimized: loop with 10 iterations completely unrolled (header execution count 97603136)

我想了解上述输出中的time、size和header execution count的含义，看起来GCC似乎在估算代码的执行成本？我想知道GCC是如何实现这一点的。我未找到相关文档，这看起来并非Profile-Guided Optimization（PGO），而且由于输入不固定（scanf("%d", &x)），多次编译得到的"time"数值一致，因此这些数值并非动态执行成本。请问GCC是否在编译阶段使用某种成本模型来静态估算代码执行时间？

各字段含义 #

• time：这是GCC通过静态成本模型估算的函数执行相对时间成本，单位为抽象周期数。它基于目标CPU架构的指令延迟、吞吐量等硬件特性，给每条指令分配权重后累加得出，反映的是编译器对函数执行开销的相对判断，并非实际运行的绝对时间。
• size：指函数生成的汇编代码的抽象大小度量，通常对应指令数量或字节数的简化统计，用于衡量代码膨胀的程度。
• header execution count：这是编译器静态估算的循环头执行次数。当代码没有明确给出循环终止条件的提示时，GCC会采用默认的启发式数值（比如你看到的97603136，是2^29的近似值），作为循环优化（如循环展开）的决策依据，和实际运行时的执行次数无关。

GCC的静态成本模型实现 #

GCC确实在编译阶段使用静态成本模型估算代码执行开销，和PGO（Profile-Guided Optimization，基于剖面的优化）完全无关：

• 该模型针对目标CPU架构内置了指令级成本数据，包括指令的延迟（完成一条指令所需的周期数）、吞吐量（单位周期内可执行的指令数量）等。
• 编译器在中间表示（IR）层面遍历代码，为每个操作（算术运算、分支、内存访问等）分配对应的成本值，再累加得到整个函数或循环的总成本。
• 这些估算值用于指导优化决策：比如内联操作时权衡代码大小与执行时间的取舍，循环展开时判断展开后的性能收益是否大于代码膨胀的代价等。
• 由于是静态估算，只要代码和编译选项不变，多次编译得到的数值会完全一致，不受实际输入影响。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Yaria