一、GCC各级优化简述
一般默认情况下就是-O0，没有任何优化。
O1到O3，优化级别逐渐升高，且级别高的包含前面级别低的所有优化。
只要开了优化，无论-O1, -O2, -O3代码执行顺序都会被打乱，对于调试不太好。
每个优化选项里面还包括很多细分的优化选项，有时候也可以打开其中某一个子项，在gcc编译命令里，具体的可以看这篇博客
另外，一般线上项目都会打开O2优化，不优化的时候是本地调试用的，实际工程运行肯定开优化更好。而且，常说的STL各容器效率不如自己数组实现，那是在没开O2优化的时候（打竞赛可能不能开启优化），STL各容器在在O2开启的前提下效率还是很高的，STL各容器设计已经最小化各自开销了。
-O1优化：
这个级别开始就会对指令进行重排了（编译器级别的，不是CPU级别）、会简单的删除一些多余的条件分支、减少不必要的栈帧开辟
-O2优化：
这个级别并不会做循环展开！！ChatGPT会说O2有循环展开，这是错误的；
-O2会打开所有-O1的优化，它的额外优化比如：
1）强制将内存上的数据拷贝到寄存器上再执行该数据相关的指令，所以如果多个指令都要用到该数据，那就节省了再次将数据从内存拷贝到寄存器的时间（比如a = 2，然后有很多变量都要+a，那先把a拷贝到寄存器，然后执行所有+a的指令，比每次遇到+a指令，再将a的值从内存中拷贝到寄存器更高效）
2）还可以多个函数调用合并为一个函数调用（这个在编译选项-funit-at-a-time中做到，该选项可以使编译器在生成机器指令前，先分析整个的汇编语言代码，从而执行一些优化），比如下列例子：
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
int mul(int a, int b) {
return a * b;
}
int add_and_mul(int a, int b, int c) {
int sum = add(a, b);
return mul(sum, c);
}
在上面的代码中，add_and_mul 函数调用了 add 和 mul 两个函数，可以将它们合并为一个函数调用，如下所示：
int add_and_mul_opt(int a, int b, int c) {
return a * b + c;
}
-O3优化：
这个级别才有循环展开、函数内联
下面介绍循环展开。
二、循环展开
（循环展开是减少循环次数，不是完全不要循环）
循环展开优化是一种优化技术，它通过减少循环迭代的次数来提高程序的性能。这种技术通常用于减少循环的开销，提高CPU的利用率和减少分支预测失败的次数。
（1）提高CPU利用率
在一个循环里，各个语句可以并发执行，一个语句最终是多个指令，那么语句越多，就有更大概率让执行指令并行执行，比如下面的例子：
for(int i = 0; i < n; i++){
a[i] += b[i];
c[i] += d[i];
}
做循环展开后：
for(int i = 0; i < n; i += 2){
a[i] += b[i];
c[i] += d[i];
a[i+1] += b[i+1];
c[i+1] += d[i+1];
}
上面是手动写循环展开，来模仿编译器的优化。虽然看着循环展开前后，总的执行次数一样（总的语句数量一样）。
但其实是，在每一个循环里，各个指令是可以并行执行的，也就是CPU的指令级并行。
比如第一种情况，同一时刻执行两句话的那些指令（不只是两个指令哦，估摸着是6个）
而第二种情况，则是同时执行四句话的那些指令（12个）。
这样效率就上来了。
（2）减少分支预测失败的次数
因为循环展开可以减少分支语句的数量，从而减少分支预测失败的次数。当循环被展开时，分支语句在循环内的执行次数也会减少，从而减少了分支预测失败的可能性，如下例子：
for (int i = 0; i < n; i++) {
if (i % 2 == 0) {
// 偶数
sum += i;
} else {
// 奇数
sum -= i;
}
}
循环展开后：
for (int i = 0; i < n; i++) {
sum += i; // 偶数
sum -= (i+1); // 奇数
}
可以看到，循环展开后就没有分支了，当然实际项目中是减少分支，而不大可能取消分支，不然就不会写分支了^ _ ^
在未展开的循环中，每次循环都需要执行一次分支语句，根据分支预测的成功率，有一定的概率会出现分支预测失败的情况；而在展开后的循环中，分支语句的数量减少了一些，从而减少了分支预测失败的次数。