编译器是否允许优化私有数据成员？

Question

如果编译器可以证明一个类的（私有）成员从未被使用过，包括潜在的朋友，标准是否允许编译器从类的内存占用中删除该成员？

不言而喻，在编译时这对于受保护成员或公共成员是不可能的，但在某些情况下，可能会针对私有数据成员构建这样的证明。

---

相关问题：

• Behind the scenes of public, private and protected（引发了这个问题）
• Is C++ compiler allowed to optimize out unreferenced local objects（关于自动对象）
• Will a static variable always use up memory?（关于静态对象）

Answer 1

如果编译器可以证明一个类的（私有）成员从未被使用过

编译器不能证明这一点，因为私有成员可以在其他编译单元中使用。具体来说，this is possible in the context of a pointer to member in a template argument按照[temp.spec]/6的标准，为originally described by Johannes Schaub。

因此，总而言之：不，编译器不得优化私有数据成员，而不是优化公共或受保护成员（遵守 as-if 规则）。

Answer 2

不行，因为你可以颠覆门禁系统legally。

class A
{
    int x;
};

auto f();

template<auto x>
struct cheat
{
    friend auto f() { return x; }
};

template struct cheat<&A::x>;  // see [temp.spec]/6

int& foo(A& a)
{
    return a.*f();  // returns a.x
}

鉴于编译器必须在第一次使用A 时修复ABI，并且它永远无法知道将来的某些代码是否可以访问x，它必须修复A 的内存以包含x。

Answer 3

理论上可行（以及未使用的公共成员），但不是我们习惯的那种编译器生态系统（针对可以链接单独编译的代码的固定 ABI）。 只能通过禁止单独库的整个程序优化来删除未使用的成员¹。

其他编译单元可能需要就 sizeof(foo) 达成一致，但如果它依赖于验证成员函数的行为的实现不依赖于任何私有成员，那将不是你可以从 .h 派生的东西。

请记住，C++ 只真正指定了一个程序，而不是一种创建库的方式。 ISO C++ 指定的语言与我们习惯的实现风格兼容（当然），但同时获取所有.cpp 和.h 文件并生成单个独立的不可扩展可执行文件的实现是可能。

如果您对实现进行了足够的限制（没有固定的 ABI），则可以在整个程序中积极应用 as-if 规则。

---

脚注 1：如果编译器已经可以看到声明的每个成员函数的定义，我将添加“或以某种方式将大小信息导出到正在编译的其他代码”作为允许库的一种方式在课堂里。但是@PasserBy 的回答指出，单独编译的库可能是以最终产生外部可见副作用（如 I/O）的方式使用声明的私有成员的东西。所以我们必须完全排除它们。

鉴于此，就此类优化而言，公共成员和私有成员是等效的。