为什么 C++ 编译器不将此条件布尔赋值优化为无条件赋值？

Question

考虑以下函数：

void func(bool& flag)
{
    if(!flag) flag=true;
}

在我看来，如果 flag 具有有效的布尔值，这相当于无条件将其设置为 true，如下所示：

void func(bool& flag)
{
    flag=true;
}

然而 gcc 和 clang 都没有以这种方式对其进行优化——两者都在 -O3 优化级别生成以下内容：

_Z4funcRb:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    cmp BYTE PTR [rdi], 0
    jne .L1
    mov BYTE PTR [rdi], 1
.L1:
    rep ret

我的问题是：是否只是代码太特殊而无法优化，或者有什么充分的理由不希望进行这种优化，因为flag 不是对volatile 的引用？似乎唯一的原因可能是flag 可能以某种方式具有非true-或-false 值而在阅读时没有未定义的行为，但我不确定这是否可能。

Answer 1

由于cache coherence 的考虑，这可能会对程序的性能产生负面影响。每次调用func() 时写入flag 会弄脏包含缓存行。无论写入的值是否与写入前在目标地址找到的位完全匹配，都会发生这种情况。

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编辑

hvd 提供了另一个 good reason 来阻止这种优化。这是反对建议优化的更有说服力的论据，因为它可能会导致未定义的行为，而我的（原始）答案仅涉及性能方面。

经过一点思考，我可以再举一个例子，为什么编译器应该被强烈禁止——除非他们可以证明转换对于特定上下文是安全的——从引入无条件写入。考虑这段代码：

const bool foo = true;

int main()
{
    func(const_cast<bool&>(foo));
}

在func() 中进行无条件写入，这肯定会触发未定义的行为（写入只读内存将终止程序，即使写入的结果是无操作）。

Answer 2

除了 Leon 关于性能的回答：

假设flag 是true。假设两个线程不断调用func(flag)。在这种情况下，编写的函数不会将任何内容存储到flag，因此这应该是线程安全的。两个线程确实访问相同的内存，但只是为了读取它。无条件地将flag 设置为true 意味着两个不同的线程将写入同一个内存。这不安全，即使正在写入的数据与已经存在的数据相同，这也是不安全的。

Answer 3

我不确定 C++ 在这里的行为，但在 C 中，内存可能会改变，因为如果内存包含 1 以外的非零值，它会在检查时保持不变，但在检查时更改为 1 .

但由于我对 C++ 不是很流利，我不知道这种情况是否可能发生。