OpenCL C编译器是否会自动化简数学表达式并优化重复计算？

首先明确：不要依赖OpenCL C编译器自动合并重复的cpow(z, 2)计算，绝大多数场景下这两次调用都会被独立执行，具体原因和注意事项如下：

• 公共子表达式消除（CSE）是编译器常规优化项，但这类优化只会作用于编译器可100%确认「输入完全一致、无副作用、同输入固定返回相同结果」的代码。cpow是OpenCL标准库提供的通用复数幂函数，规范没有强制要求该函数为纯函数，不开激进数学优化的前提下，编译器不会擅自合并两次独立的cpow调用——哪怕两次传入的参数看起来完全一致，编译器也必须考虑函数实现可能存在的边界处理、精度控制、甚至内部状态逻辑，擅自合并可能违反规范对计算结果的精度、行为要求。
• 即便开启-cl-fast-relaxed-math这类激进快速数学优化，不同厂商（NVIDIA/AMD/Intel）的OpenCL编译器行为也没有统一标准：部分编译器可能会把固定整数指数的cpow(z,2)优化为z*z，再进一步做公共子表达式消除复用结果，但这个行为完全是实现自定义的，不同驱动版本都可能出现差异，根本没法作为性能依赖的依据。

针对分形生成场景的性能建议 #

你当前生成cpow(z,2)的写法本身就存在极大的性能浪费，完全没必要纠结编译器会不会优化重复调用：

1. 所有固定整数次的复数幂运算，绝对不要调用cpow，直接生成乘法表达式即可。比如z的2次幂直接写z*z，3次幂写z*z*z。cpow是为任意实数/复数指数设计的通用函数，内部包含大量分支、特殊值判断、超越数计算逻辑，哪怕指数固定为2，运行开销也是直接乘法的几十到上百倍，这部分改完性能提升会非常明显。
2. 代码生成阶段就手动消除重复子表达式，不要等编译器来做。比如你举的z^2 + c + z^2的例子，直接生成如下代码即可，从根源上保证只计算一次平方，不受编译器优化等级、厂商实现差异的影响：

   // 提前计算公共子表达式
   cfloat z_sq = z * z;
   z = z_sq + c + z_sq;
   

3. 分形可视化场景本身对微小的浮点误差不敏感，编译内核时可以开启-cl-fast-relaxed-math优化flag进一步榨取性能，但永远不要把冗余计算消除的工作丢给编译器，代码生成阶段做的优化才是100%可控的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ProgramPhantom