将函数声明为纯函数或 const 对 GCC 的影响，当它不是时

Question

GCC 可以使用标志 -Wsuggest-attribute=pure 和 -Wsuggest-attribute=const 为属性 pure 和属性 const 建议函数。

GCC documentation 说：

许多函数除了返回值之外没有任何影响，它们的返回值仅取决于参数和/或全局变量。这样的函数可以像算术运算符一样进行公共子表达式消除和循环优化。这些函数应该用纯属性声明。

但是，如果您将__attribute__((__pure__)) 附加到与上述描述不匹配且确实有副作用的函数上，会发生什么情况？仅仅是函数被调用的次数少于您希望的次数，还是可能会产生未定义的行为或其他类型的严重问题？

__attribute__((__const__)) 也同样严格——文档指出：

基本上这只是比下面的纯属性稍微严格的类，因为函数不允许读取全局内存。

但是如果将__attribute__((__const__)) 附加到访问全局内存的函数，实际上会发生什么？

我更喜欢在 GCC / G++ 范围内解释实际可能场景的技术答案，而不是在提及未定义行为时出现的通常的“nasal demons”挥手。

Answer 1

但是如果你附上__attribute__((__pure__))会发生什么 到与上述描述不匹配的功能， 有副作用吗？

没错。这是一个简短的例子：

extern __attribute__((pure)) int mypure(const char *p);

int call_pure() {
  int x = mypure("Hello");
  int y = mypure("Hello");
  return x + y;
}

我的 GCC (4.8.4) 版本足够聪明，可以删除对mypure 的第二次调用（结果为2*mypure()）。现在想象如果mypure 是printf - 打印字符串"Hello" 的副作用将会丢失。

请注意，如果我将 call_pure 替换为

char s[];

int call_pure() {
  int x = mypure("Hello");
  s[0] = 1;
  int y = mypure("Hello");
  return x + y;
}

将发出两个调用（因为分配给s[0] 可能会更改mypure 的输出值）。

仅仅是函数被调用次数减少的可能性吗 比你想要的，或者有可能创造 未定义的行为或其他类型的严重问题？

嗯，它可以间接导致UB。例如。这里

extern __attribute__((pure)) int get_index();

char a[];
int i;
void foo() {
  i = get_index();  // Returns -1
  a[get_index()];  // Returns 0
}

编译器很可能会放弃对get_index() 的第二次调用并使用第一个返回值-1，这将导致缓冲区溢出（嗯，技术上是下溢）。

但是如果你附上__attribute__((__const__))，实际会发生什么 访问全局内存的函数？

让我们再次以上面的例子为例

int call_pure() {
  int x = mypure("Hello");
  s[0] = 1;
  int y = mypure("Hello");
  return x + y;
}

如果mypure 被__attribute__((const)) 注释，编译器将再次放弃第二次调用并优化返回到2*mypure(...)。如果mypure 实际读取到s，这将导致产生错误的结果。

编辑

我知道您要求避免挥手，但这里有一些通用的解释。默认情况下，函数调用会阻止编译器内部的许多优化，因为它必须被视为可能具有任意副作用（修改任何全局变量等）的黑盒。使用 const 或 pure 注释函数可以让编译器将其视为表达式，从而进行更积极的优化。

例子实在太多了，无法举出。我在上面给出的一个是常见的子表达式消除，但我们也可以很容易地证明循环不变量、死代码消除、别名分析等的好处。