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c++ - 为什么编译器不优化简单的包装函数指针？

coder 2024-02-20 原文

考虑以下代码片段

#include <vector>
#include <cstdlib>

void __attribute__ ((noinline)) calculate1(double& a, int x) { a += x; };
void __attribute__ ((noinline)) calculate2(double& a, int x) { a *= x; };
void wrapper1(double& a, int x) { calculate1(a, x); } 
void wrapper2(double& a, int x) { calculate2(a, x); } 

typedef void (*Func)(double&, int);

int main()
{
    std::vector<std::pair<double, Func>> pairs = {
        std::make_pair(0, (rand() % 2 ? &wrapper1 : &wrapper2)),
        std::make_pair(0, (rand() % 2 ? &wrapper1 : &wrapper2)),
    };

    for (auto& [a, wrapper] : pairs)
        (*wrapper)(a, 5);

    return pairs[0].first + pairs[1].first;
}

通过 -O3 优化，最新的 gcc 和 clang 版本不会优化指向包装器的指针和指向底层函数的指针。参见组装here在第 22 行:

mov     ebp, OFFSET FLAT:wrapper2(double&, int)   # tmp118,

稍后会导致 call + jmp，而不仅仅是 call 让编译器将指针指向 calculate1 代替。

请注意，我特别要求使用非内联 calculate 函数来说明；在没有 noinline 的情况下执行它会导致另一种非优化形式，其中编译器将生成两个相同的函数以通过指针调用(因此仍然不会优化，只是以不同的方式)。

我在这里错过了什么？有什么方法可以引导编译器手动插入正确的函数(没有包装器)？

编辑 1. 按照评论中的建议，here is a disassembly所有函数声明为静态，结果完全相同(call + jmp 而不是 call)。

编辑 2. 相同模式的更简单示例:

#include <vector>
#include <cstdlib>

typedef void (*Func)(double&, int);

static void __attribute__ ((noinline)) calculate(double& a, int x) { a += x; };
static void wrapper(double& a, int x) { calculate(a, x); } 

int main() {
    double a = 5.0;
    Func f;
    if (rand() % 2)
        f = &wrapper; // f = &calculate;
    else
        f = &wrapper;
    f(a, 0); 
    return 0;
}

gcc 8.2 通过丢弃指向包装器的指针并将 &calculate 直接存储在它的位置 (https://gcc.godbolt.org/z/nMIBeo) 成功地优化了这段代码。然而，根据注释更改行(即，手动执行相同优化的一部分)打破了魔法并导致毫无意义的 jmp。

最佳答案

您似乎在建议 &calculate1 应该存储在 vector 中而不是 &wrapper1。通常这是不可能的:后面的代码可能会尝试将存储的指针与 &calculate1 进行比较，并且必须比较 false。

我进一步假设你的建议是编译器可能会尝试做一些静态分析并确定 vector 中的函数指针值永远不会与其他函数指针进行相等性比较，事实上其他操作都没有完成在 vector 元素上会产生可观察行为的变化；因此，在这个确切的程序中，它可以存储 &calculate1。

通常对于“为什么编译器不执行某些特定的优化”的答案是没有人构思并实现该想法。另一个常见的原因是，在一般情况下，所涉及的静态分析非常困难，可能会导致编译速度变慢，而在无法保证分析成功的实际程序中没有任何好处。

关于c++ - 为什么编译器不优化简单的包装函数指针？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/54582255/

amp包装codecalculatewrapperc++gccassemblycompiler-optimization

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