You can't fool the optimizer

私自身が執筆し、LLM が校正した記事です。
詳細は最後に記載しています。

デバッガでコードをステップ実行しているとき、複雑に見えるループが実際には 1 つの命令として実行されることがあります。コンパイラは難読化を透過的に解釈し、結局は「明らかな」コードを生成します。

以下は ARM 用にコンパイルされた、極めて疑わしい符号なし加算ルーチンの集まりです（昨日の加算例とは異なります）。

いずれも

x + y

を返すという点では大きく異なる実装ですが、コンパイラはそれらをすべて見抜き、最終的には単一の

add w0, w1, w0

命令に置き換えます。
再帰呼び出しを行う

add_v4

でさえも同じ命令へと最適化されます。

パターンを認識して効率的な代替案に差し替えるこの能力は、コードが非常に難読化されていても、コンパイラが正しく動作するという「超能力」です。プログラマは意図を明示した形でコードを書き、生成はコンパイラに任せることで、多くの場合適切な最適化が行われます。

では、コンパイラはどのようにしてこれらのパターンを検出するのでしょうか？「数値を加算するおふざけ的手段」のデータベースを保持しているわけではありません。
内部では、あなたのコードを中間表現（IR）へ変換します。これは解析しやすい抽象化された簡略化版です。たとえば

add_v3

の

while

ループは、「y を x だけ増やしてから y を返せ」という形に変換され、これを「x + y を返せ」と数学的に同等であることが認識されます。このようにさまざまなコードパターンを標準化・正規化した形式へ変換するプロセスこそ、コンパイラがそれらを同一視できる理由です。
コード生成時には、4 つの関数すべてが同じ最適化対象として扱われます。

このパターン認識は驚くほど頑健であり、実際に書きたくないようなコードも快く最適化してしまいます。シリーズを通して、この正規化がどこまで有効かを探ります。
この記事に付随する動画もご覧ください。

この投稿は Advent of Compiler Optimisations 2025 の第3日目で、25 日間にわたるコンパイラがコードを変換していく過程を追うシリーズです。執筆者は Matt Godbolt（人間）で、LLM と人間によってレビュー・校正されています。

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2025 年 12 月 3 日 CST 午前 6 時に投稿しました。

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