分配器的 LLVM/Clang 特殊情况

Question

如果你在“alloc.c”中有如下代码：

typedef __typeof__(sizeof(int)) size_t;

extern void *calloc (size_t __nmemb, size_t __size)
  __attribute__ ((__nothrow__ )) __attribute__ ((__malloc__)) ;
extern void free (void *__ptr) __attribute__ ((__nothrow__ ));

struct _astruct {
  int l;
};


int main() {
  struct _astruct *f = (struct _astruct*)calloc(1, sizeof(struct _astruct));
  f->l = 99;
  int x = f->l;
  free(f);
  return x;
}

（我知道这不是声明 calloc/free 的首选方式，但它是为了简化下面的输出。）

然后你用 Clang/LLVM 3.3 运行“clang -O3 -S -emit-llvm alloc.c”，你会得到：

; ModuleID = 'alloc.c'
target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0:0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu"

; Function Attrs: nounwind readnone uwtable
define i32 @main() #0 {
entry:
  ret i32 99
}

attributes #0 = { nounwind readnone uwtable "less-precise-fpmad"="false" "no-frame-pointer-elim"="false" "no-frame-pointer-elim-non-leaf"="false" "no-infs-fp-math"="false" "no-nans-fp-math"="false" "unsafe-fp-math"="false" "use-soft-float"="false" }

您可以看到它完全消除了对 calloc 的调用。惊人的。但是，一般来说，编译器不能消除对它没有源的函数的调用（可能有副作用）。因此，Clang 似乎有 calloc/free 的特殊情况代码。支持这一点的事实是，如果您将代码中所有出现的“calloc”更改为“_calloc”，“分配”就会返回。

所以我的问题是，是否有任何方法可以告诉 Clang/LLVM 某个特定函数是“仅分配”函数？也许我可以在我自己的一个函数的定义上添加一些注释，这将允许 LLVM 优化分配，就像它对 calloc/malloc 一样。

Answer 1

有没有办法告诉 Clang/LLVM 一个特定的函数是一个“仅分配”函数？

不。正如您所说的那样，在一般情况下，只有编译器有权访问其实现^*，才能消除调用。对 calloc 的支持在 LLVM 中是硬编码的（请参阅 LLVM 的“MemoryBuiltins”和“TargetLibraryInfo”类），这就是在您的示例中消除调用的方式。

没有属性向编译器发出信号表明某个函数将仅尝试分配内存。

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_{*：如果函数被标记为绝对没有可能的副作用，那么它是可能的，但是目前没有办法在 LLVM 中标记这样的东西，请参阅this related discussion；无论如何，分配内存的函数肯定会产生副作用。}

Answer 2

在头文件中很明显——就是calloc声明中的“attribute((malloc))”。整件事说“这个函数从不抛出异常，它返回一个用新的 malloc 调用分配的指针”。这允许进行多项优化：

1. 保证返回的指针不是任何其他指针的别名。如果你有两个指针 int* p 和 int* q，那么 *p = 1; 可能改变 *q。如果 p 或 q 刚刚被分配了一个不会发生的 malloc 函数。

2. 如果编译器找到匹配的 free() 调用，则编译器有时可以在堆栈上分配数据并消除 malloc 和 free 调用。