为什么 gcc 不能去虚拟化这个函数调用？

Question

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
struct Interface {
    virtual void f() = 0;
};

struct Impl1: Interface {
    void f() override {
        std::puts("foo");
    }
};

// or __attribute__ ((visibility ("hidden")))/anonymous namespace
static Interface* const ptr = new Impl1 ;

int main() {
    ptr->f();
}

当用g++-7 -O3 -flto -fdevirtualize-at-ltrans -fipa-pta -fuse-linker-plugin编译时，上面的ptr->f()调用不能被去虚拟化。

似乎没有外部库可以修改ptr。这是 GCC 优化器的缺陷，还是因为某些其他来源在这种情况下使去虚拟化不可用？

Godbolt link

更新： 好像是clang-7 with -flto -O3 -fwhole-program-vtables -fvisibility=hidden is the only compiler+flags (as in 2018/03) that can devirtualize this program。

Answer 1

我刚刚做了另一个实验，就像在 Omnifarious answer 中一样。但是这次我让指针指向一个静态对象：

Impl1 x;
static Interface* const ptr = &x ;

GCC do devirtualize the function call, -O2 就足够了。我没有看到 C++ 标准中的任何规则会使指向静态存储的指针与指向动态存储的指针不同。

ptr指向的地址允许更改对象。因此编译器必须跟踪该地址发生的事情，以了解对象的实际动态类型。所以我的观点是优化器实现者可能认为在实际程序中跟踪堆上发生的事情太难了，所以编译器就不会这样做。

Answer 2

如果将 ptr 移到 main 函数中，结果会非常有说服力，并强烈暗示 gcc 不希望对指针进行去虚拟化。

disassembly for this 表明如果“已初始化静态标志”为假，它会初始化静态然后直接跳回到虚函数调用，即使在这之间可能没有发生任何事情。

这告诉我 gcc 天生就相信任何类型的全局持久指针都必须始终被视为指向未知类型的指针。

事实上，情况比这还要糟糕。如果添加局部变量，那么在创建局部变量和调用f 之间是否发生对静态指针上的f 的调用很重要。显示f 插入案例的程序集在这里：Another godbolt link;并且很容易自己在网站上重新安排它，看看一旦没有插入另一个调用，程序集如何变成 f 的内联。

因此，gcc 必须假设指针所指的实际类型可能会在控制流出于任何原因离开函数时发生变化。并且是否声明为const 是无关紧要的。如果它的地址被占用或其他任何事情，它也无关紧要。

clang 做同样的事情。这对我来说似乎过于谨慎，但我不是编译器编写者。