注意

この記事を書いている人は、日常的に C を書いているわけではありません。
普段は Python とか Java とか書いてます。

もしかすると見当違いの内容があるかもしれません。
補足・ツッコミ・愛のマサカリは、ぜひお願いします…。

経緯

去年、情報系の専門学校に通う学生（以下、その子）から、 C 言語のソースコードをみせてもらって、添削することがあった。

C 言語を使いこなせてるとは、お世辞にもいえない私が見ても、その子のコードはいろいろと厳しい感じだった。

その子とよく話してみると 変数や関数の宣言をしないことが、資源の節約になると思い込んでいる ようだった。

その時は「節約にならない」という内容を口頭で伝えたのだけど、コードにしたほうがわかりやすいので、検証して記事を書いた。

今回の例示に使うコンパイラとバージョン

私の OS X に入ってた LLVM の cc を使った。

$ cc --version
Apple LLVM version 6.0 (clang-600.0.56) (based on LLVM 3.5svn)
Target: x86_64-apple-darwin14.1.0
Thread model: posix

ファイル

24 と出力するだけの C 言語のソースが 3 つある。
この 3 つのファイル a.c, b.c, c.c をコンパイルしよう。

a.c

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("%d\n", 24);
    return 0;
}

b.c

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i = 1;
    int j = 2;
    int k = 3;
    int l = 4;
    int m = i * j * k * l;
    printf("%d\n", m);
    return 0;
}

c.c

#include <stdio.h>

static int x2(int x)
{
    return x * 2;
}

static int x3(int x)
{
    return x * 3;
}

static int x4(int x)
{
    return x2(x2(x));
}

int main(void)
{
    int x = x4(x3(x2(1)));
    printf("%d\n", x);
    return 0;
}

a.c は値をほぼそのまま表示してる
b.c は変数を何個も使ってる。
c.c は関数を定義して何個も呼び出している

コンパイル

これをそれぞれ最適化オプション -O3 でコンパイルする

$ cc -c -O3 a.c b.c c.c

比較

バイナリを比較するため、 cmp コマンドを使う。

コマンドの実行例

$ cmp a.o a.o
$ cmp a.o d.o
a.o d.o differ: char 1153, line 1

ファイルを 2 つ指定し、 2 つの中身が同じなら何も出力せず、
違う場合はその違いを表示するコマンド。

さっき作ったファイルを比較してみると

$ cmp a.o b.o
$ cmp b.o c.o
$ cmp c.o a.o

実は 3 つとも全く同じ実行ファイルになる ！

アセンブラを見てみる

-S オプションをつけるとアセンブリのファイルを出力する

$ cc -O3 -S a.c

a.s

    .section    __TEXT,__text,regular,pure_instructions
    .globl  _main
    .align  4, 0x90
_main:                                  ## @main
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp2:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp3:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp4:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    subq    $16, %rsp
    leaq    L_.str(%rip), %rdi
    movl    $24, %esi
    movl    $0, -4(%rbp)
    movb    $0, %al
    callq   _printf
    movl    $0, %esi
    movl    %eax, -8(%rbp)          ## 4-byte Spill
    movl    %esi, %eax
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc

    .section    __TEXT,__cstring,cstring_literals
L_.str:                                 ## @.str
    .asciz  "%d\n"


.subsections_via_symbols

コンパイラが、見事に全部 24 にして、不要な代入などは消去してるのが分かる。

最適化オプション -O3 では、変数も関数も名前もなくなってしまった。

gcc で同じ実験をする場合の注意

$ cc -c -O3 -S a.c

gcc は生成するファイルに元ファイルの情報を含むので、上の例は生成されるファイルには必ず差分が発生してしまう。
-S オプションをつけて、アセンブリの diff をとれば、ファイル名以外には相違ないことが確かめられる。

その子に伝えたいこと

-O3 オプションをつけたり、 inline キーワードをつけることで、コンパイラが頑張ってくれるので、人間が手で変数や関数を減らす必要はない。
結果的に生成される実行ファイルが同じなら、変数や関数を減らすことは、「実行する機械資源の節約」にはならないよね。
それよりも、読みやすいスタイル・デバッグしやすいスタイルで書くことが「人間の労力を節約」になるんじゃないかな。

基本の話: 「変数や関数を節約すればパフォーマンスが上がる」わけではない

注意

経緯