gcc编译时指定CPU架构可提高程序运行速度

在ARMv7设备上效果尤为显著。

ARM的指令集版本很多，对性能影响较大的部分一直到ARMv8才大致统一。现在ARM的32位设备为了较好的兼容性，会使用不带硬件浮点处理器的ARMv4为基准，但为了提高性能，许多linux发行版还会提供针对带硬件浮点的armhf（ARM Hard Float）进行预编译的软件包。
这里以一块CortexA7的开发板为例，说明指定CPU架构可以对软件性能产生多大的提升。
准备一个简单的测试程序：

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
int check(int n)
{
        int i;
        for(i=2;i<=n/2+1;i++)
                if(n%i==0)
                        return(1);
        return(0);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
        int n1=0,n2=0,i,c=0;
        if(argc==3)
        {
                n1=atoi(argv[1]);
                n2=atoi(argv[2]);
        }
        if(n2>n1 && n1>=3 && n2>=3)
                printf("Begin:%d End:%d\n",n1,n2);
        else
        {
                printf("Begin:3 End:100000\n");
                n1=3;
                n2=100000;
        }
        for(i=n1;i<=n2;i++)
                c+=check(i);
        printf("Finished, c=%d\n",c);
        return(0);
}

测试环境为Armbian Stretch with Linux 5.5.0-rc6-sunxi （Debian 9），gcc版本为6.3.0，使用系统自带的time命令对程序运行时间进行测量。
首先是关闭gcc优化的（优化等级-O0），测试结果为：

优化等级-O0
real    0m15.806s
user    0m15.793s
sys     0m0.008s

接着把gcc优化完全打开（优化等级-O3），测试结果为：

优化等级-O3
real    0m13.081s
user    0m13.062s
sys     0m0.012s

相比之前有了接近3秒的提升。
gcc中，使用-mcpu可以指定目标处理器架构，如此处，在编译时附加参数-mcpu=cortex-a7，同样将gcc优化完全打开，测试结果为：

优化等级-O3 指定CPU架构
real    0m2.962s
user    0m2.960s
sys     0m0.002s

效果提升非常显著。
在指定了处理器架构时，gcc会针对相应的架构在指令集层面对其进行优化，使得生成的程序对相应CPU架构的分支预测器、扩展指令等及其友好，从而显著提高了程序的执行速度，但同时这也会在一定程度上牺牲兼容性。此处将指定了处理器架构的程序放到树莓派zero上运行时，由于树莓派zero的指令集为ARMv6，运行时会报Illegal Instruction的错误，提示程序中包含非法指令集。
所以，如果使用源码编译给本机安装的程序，通过指定CPU架构可以显著提高程序运行速度。如果编译的程序需要发布给其他设备使用，则需要考虑设备间的兼容性问题。