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c++ - 时间与 "as-if"规则

coder 2024-02-22 原文

有一个很棒的question about the "as-if" rule一般来说，但我想知道在测量时间方面是否有任何异常(exception)情况。

考虑这个(取自 here 稍作修改):

using std::chrono;
auto begin = steady_clock::now();

auto result = some_lengthy_calculation(some_params);

auto end = std::chrono::steady_clock::now();

std::cout << "Time diff = " << duration_cast<microseconds>(end - begin).count() <<std::endl;
std::cout << "Result = " << result;

允许编译器应用任何产生相同结果的优化。这里的要点是“as-if”规则并不直接适用于测量时间。当然，在应用优化时，测量的时间不应该是恒定的。

所以我的问题是:当根据“as-if”规则允许编译器将其重新排列为以下之一时，我如何才能使用上述代码可靠地测量时间？

auto temp = some_lengthy_calculation(some_params); // clever "optimization", precompute some stuff

auto begin = steady_clock::now();
auto result = temp;               // yay, I can use it here to pretend to be faster
auto end = steady_clock::now();

std::cout << "Time diff = " << duration_cast<microseconds>(end - begin).count() <<std::endl;
std::cout << "Result = " << result;

甚至“更优化”:

std::cout << "Time diff = " << 42 <<std::endl;
std::cout << "Result = " << some_lengthy_calculation(some_params);

我想没有一个正常的编译器会这样做，但是到底是什么阻止了编译器进行这种“优化”？

长话短说……

  • 可以观察优化和未优化代码之间的运行时差异
  • 如果允许编译器优化影响测量时间，是什么阻止编译器根本不为计时创建任何代码？

最佳答案

要应用 As-If 规则，编译器必须证明提议的更改对可观察的行为没有影响。您是正确的，时间的流逝不是可观察到的行为。但是，在重新排序函数的情况下，必须证明调用函数的顺序不会影响可观察到的行为。

使用计时功能将不可避免地涉及一些测量时间的机制，编译器将无法证明重新排序是安全的。例如，它可能涉及对它无法检查的不透明系统 API 函数或驱动程序函数的调用。如果我们举一个最明显的例子，一个单调的软件时钟，每次它的状态被获取时只前进 1 个时间单位，就没有办法证明调用顺序无关紧要，因为它确实很重要。

关于c++ - 时间与 "as-if"规则，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/46572817/

ampas-ifltsection34c++performanceoptimizationtime-measurement

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