GCC中的奇怪优化（删除函数）答案

【问题标题】：weird optimization (remove a function) in GCCGCC中的奇怪优化（删除函数）
【发布时间】：2015-06-03 03:04:17
【问题描述】：

我在 GCC 4.8.2 中遇到了一个带有 -O2 的奇怪优化，它删除了一个函数。

见以下代码。

increase() 和 increase2() 是一样的，只是后者多了一个 printf()。

但是，如果在 GCC 中使用 -O2，则会删除 increase()。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <arpa/inet.h>

void swap(uint64_t *vector)
{
    uint32_t *p = (uint32_t *)vector;
    uint32_t tmp = p[0];
    p[0] = htonl(p[1]);
    p[1] = htonl(tmp);
}

void increase(uint64_t *vector)
{
    swap(vector);
    (*vector)++;
    swap(vector);
}
void increase2(uint64_t *vector)
{
    swap(vector);
    (*vector)++;
    printf("touch...\n");
    swap(vector);
}


int main()
{
    uint64_t vector = 0xa;

    increase(&vector);
    printf("%lx\n", vector);

    increase2(&vector);
    printf("%lx\n", vector);

    return 1;
}

输出是：

a
touch...
10000000000000a

为什么？

提前致谢

对不起，我没有说清楚。

问题不是“删除函数”，而是“函数不影响参数”。

Matt McNabb 指出了原因，严格的别名规则。非常感谢。

【问题讨论】：

我没有看到您描述的问题。似乎increase() 和increase2() 都被调用了......有什么问题？
了解如何使用 gnu 调试器逐步查看执行情况。
@WedaPashi 老实说，优化代码的调试对于初学者来说是相当混乱的。在这种特定情况下，甚至 main 操作也会重新排序。另一方面，当然知道gdb 是合理的。
你能检查一下你是否真的在运行这段代码，并且你没有，比如说，每次调用printf 之前 increase ？
@dlask：非常正确。我完全同意你的看法。但是，我怀疑这是否会成为这个特定代码的问题，因为输出是否符合预期，Undefined Behaviour。我个人认为看到代码的步骤即执行和实际调试之间存在细微差别。看到代码的逐步执行确实可以帮助人们理解代码流，但不一定是在某些问题的情况下。

标签： c gcc optimization

【解决方案1】：

此代码导致未定义的行为：

uint32_t *p = (uint32_t *)vector;
uint32_t tmp = p[0];

vector 指向的内存是 uint64_t 类型的对象，但是您可以通过 uint32_t 类型的左值读取它。这违反了严格的别名规则。

由于你的程序总是调用这个函数，你的整个程序的行为是不确定的。因此，当优化器切断通向 UB 的路径时，您可能会看到奇怪的优化工件。

另一个问题是您使用%lx 打印出uint64_t。除非您的系统使用 64 位长，否则这将不起作用。要获得正确的说明符，请使用 printf("%" PRIx64 "\n", vector); 。为此，您可能需要#include <inttypes.h>。

修复 printf 格式说明符后，我的系统在 -O2 及更低的位置给出以下信息，或者如果使用 -fno-strict-aliasing 开关：

10000000000000a
touch...
20000000000000a

和-O3 的垃圾邮件。

【讨论】：

话虽如此，我认为 gcc 没有在低于-O3的水平上进行任何 TBAA 优化@
要确认此诊断，请尝试使用 -fno-strict-aliasing 构建
我尝试了一些旧版本的 gcc using online compiler。 gcc 4.4.7 -O3 确实警告warning: dereferencing pointer 'p' does break strict-aliasing rules，但更高版本没有。我想知道那里发生了什么变化......

【解决方案2】：

如果函数实际上被删除了，你的输出会更像：

touch...
a
touch...
10000000000000a

为了回答您的问题，它正在打印这个，因为您告诉它按该顺序打印这三行。

您对increase() 的调用没有输出任何内容，然后您输出a 和printf("%lx\n", vector)。

然后，你调用increase2()，它按设计输出touch...，然后你输出10000000000000a和printf("%lx\n", vector)。

您是否检查了未优化的输出？

【讨论】：

【解决方案3】：

我知道您的问题是“为什么”。 @Matt McNabb 很好地解释了这一点。但是如何解决呢？

通常编译器和 CPU 更喜欢值而不是指针，因为它们有更多（更安全）的空间进行优化。所以让我们完全避免指针技巧，只进行值转换：

#include <endian.h>

void swap(uint64_t *vector)
{
    *vector = htobe64(le64toh(*vector));
}

这会使您的程序行为对优化不敏感。

【讨论】：

谢谢。我不知道 htobe64()。我会用它来交换。