Java 和 C++ 中 for 循环边界检查的编译器/JIT 优化

Question

我从 this answer 在 C# 中的 for 和 while 循环中了解到：“只要您在条件中使用 arr.Length，编译器/JIT 就会针对这种情况进行优化：”

for(int i = 0 ; i < arr.Length ; i++) {
    Console.WriteLine(arr[i]); // skips bounds check
}

这让我想知道java编译器是否有这样的优化。

for(int i=0; i<arr.length; i++) {
    System.out.println(arr[i]); // is bounds check skipped here?
}

我认为确实如此，嗯，是吗？像ArrayList 一样使用Collection 时也会发生同样的情况吗？

---

但是如果我必须在 for 循环的主体中使用 myList.size() 的值 ，现在考虑将 myList 视为一个 ArrayList，该怎么办？所以在那种情况下不会 提升 myList.size() 帮助，因为 size() 是一个方法调用？例如可能是这样的：

int len = myList.size(); // hoisting for using inside the loop
for(int i = 0; i < myList.size(); i++) { // not using hoisted value for optimization
    System.out.println(myList.get(i));

    if(someOtherVariable == len) {
        doSomethingElse();
    }
}

---

编辑： 虽然我还没有得到 java 的答案，但我仍在为这个问题添加第二部分。

问： C++ (C++98/C++11) 是否有这样的优化，例如对于vector.size() 和string.size()？例如，哪个性能更好？

for (int i = 0; i < myvector.size(); ++i)
    cout << myvector[i] << " "; // is bounds checking skipped here, like in C#?

或

// does this manual optimisation help improve performance, or does it make?
int size = myvector.size();
for (int i = 0; i < size; ++i)
    cout << myvector[i] << " ";

也就是说，std::string 也存在这样的优化吗？

Answer 1

Java

从 Java 7 开始，如果编译器可以证明不可能进行越界访问，则编译器会消除对原始数组的边界检查。在 Java 7 之前，JIT 或 AOT 编译器可以做到这一点。对于 JIT 和 AOT 编译器，它不仅限于 for (int i = 0; i < arr.length; i++)，它可以将边界检查移到循环之外，例如 for (int i = 0; i < 10000000; i++)，将其减少为单次检查。如果该检查失败，它将运行具有完整边界检查的代码版本，以在正确的位置抛出异常。

对于集合，它要复杂得多，因为边界是由被调用的方法检查的，而不是在调用的地方。通常，它不能从字节码中消除，但如果 JIT 和 AOT 编译器可以内联方法，则可以消除它（这取决于对象的实例化方式和存储位置等，因为 Java 中的所有非私有方法是虚拟的，所以编译器需要确保它不需要虚拟调用）但我不知道它们是否真的需要。

C++

C++ 不检查operator [] 中的边界。当您使用at 时，它会检查边界。 at 是内联的，因此它取决于特定的编译器及其标志，但通常，如果编译器可以证明无法进行越界访问，则编译器可以删除边界检查。它也可以将边界检查移到循环之外，但它仍然需要保证异常会被抛出到正确的位置，所以我不知道是否有。

假设您在 for 循环之后不使用 int size，则 C++ 的两个示例在执行死代码消除的编译器中是等效的。如果您使用一些未内联的方法，后者可能会更快。 （也可以把size的定义放在初始化里面：for (int i = 0, size = myvector.size(); i < size; ++i)）