为何GCC -O0编译时会将按位与、乘法运算转换为分支结构？

在探究GCC何时使用分支而非条件移动指令时，发现对变量第0位执行按位与操作时会出现反常结果，具体测试代码如下：

int main(int argc, char** argv) {
    int y = (2*((~argc)&0x1)) + (1*(argc&0x3)); 
    return y;
}

在*-O0*编译级别下，GCC会先计算argc & 0x1，再基于该结果跳转到不同的基本块。从算术运算到分支的转换发生阶段很早，导出的原始语法树如下：

;; Function main (null)
;; enabled by -tree-original


{
  return (argc & 1) * 2 + ((argc & 1) == 0 ? 3 : 0); 
}
return 0;

对应的GIMPLE中间表示如下：

int main (int argc, char * * argv)
{
  int D.2409;
  int iftmp.0;

  {
    _1 = argc & 1;
    _2 = _1 * 2;
    _3 = argc & 1;
    if (_3 == 0) goto <D.2411>; else goto <D.2412>;
    <D.2411>:
    iftmp.0 = 3;
    goto <D.2413>;
    <D.2412>:
    iftmp.0 = 0;
    <D.2413>:
    D.2409 = iftmp.0 + _2; 
    return D.2409;
  }
  D.2409 = 0;
  return D.2409;
}

该现象存在明确的触发边界：

• 不使用该按位与结果的两种取值场景时，不会出现这类转换
• 将按位与的掩码改为0x2而非0x1时，也不会出现这类转换，生成的都是无跳转的纯数据处理代码

在*-O1*及更高优化级别下，编译器会生成无跳转的优化代码，该分支转换行为仅出现在无优化的编译场景下。
不同编译器的行为差异：

• Clang完全不会进行这类算术转分支的转换
• GCC是在4.1.2到4.4.7版本区间内，新增了这种将运算转换为分支的处理逻辑

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