接受指针参数的 GCC 纯/常量函数

Question

有人可以澄清一下函数是否（以及为什么）可以归因于pure 或const（如果它具有指针参数）。

根据GCC documentation：

纯函数的一些常见示例是 strlen 或 memcmp。

纯函数的全部意义在于它只需要为相同的参数调用一次，即如果编译器认为它适合这样做，结果可以被缓存，但是这对 memcmp 是如何工作的？

例如：

char *x = calloc(1, 8);
char *y = calloc(1, 8);

if (memcmp(x, y, 8) > 0)
    printf("x > y\n");

x[1] = 'a';
if (memcmp(x, y, 8) > 0)
    printf("x > y\n");

第二次调用memcmp的参数和第一次相同（指针指向同一个地址），如果memcmp是纯的，编译器怎么知道不使用第一次调用的结果？

在我的例子中，我想将一个数组传递给一个纯函数，并仅根据数组计算结果。有人向我保证，这没关系，当数组中的值发生变化但地址没有变化时，我的函数将被正确调用。

Answer 1

如果我正确理解了文档，pure 函数可以依赖于内存的值，编译器知道内存何时发生变化。而且pure函数不能改变程序的状态，比如全局变量，它只会产生一个返回值。

在您的示例代码中，memcmp 可以是 pure 函数。编译器看到在对memcmp 的调用之间内存发生了变化，并且无法将第一次调用的结果用于第二次调用。

另一方面，memcmp 可以不声明为const 函数，因为它依赖于内存中的数据。 如果是const，编译器可以应用更积极的优化。

因此，将要实现的函数声明为pure（但不是const）似乎是安全的。

Answer 2

关于pure我们从Implications of pure and constant functions一文中可以看出pure的意思是函数没有副作用，只依赖于参数。

因此，如果编译器可以确定参数相同，并且在后续调用之间内存没有改变，它可以消除对纯函数的后续调用，因为它知道纯函数没有副作用。

这意味着编译器必须进行分析，以确定纯函数的参数是否可以被修改，然后才能决定消除对相同参数的纯函数的后续调用。

文章中的一个例子如下：

int someimpurefunction(int a);
int somepurefunction(int a)
  __attribute__((pure));

int testfunction(int a, int b, int c, int d) {

  int res1 = someimpurefunction(a) ? someimpurefunction(a) : b;
  int res2 = somepurefunction(a) ? somepurefunction(a) : c;
  int res3 = a+b ? a+b : d;

  return res1+res2+res3;
}

它显示了生成的优化程序集，显示 somepurefunction 只被调用了一次，然后说：

如你所见，纯函数只被调用一次，因为三元运算符中的两个引用是等价的，而另一个被调用了两次。 这是因为在两次纯函数调用之间编译器已知的全局内存没有变化（函数本身无法更改它 - 请注意，编译器永远不会将多线程带入帐户，即使通过 -pthread 标志显式请求它），而允许非纯函数更改全局内存或使用 I/O 操作。

这个逻辑也适用于指针，所以如果编译器可以证明指向指针的内存没有被修改，那么它可以消除对纯函数的调用，所以在编译器看到的情况下：

x[1] = 'a';

它无法消除对memcmp 的第二次调用，因为x 指向的内存已更改。