__attribute((const)) 的 gcc 行为不一致

Question

我在 gcc 中遇到了一个非常奇怪的行为，涉及标记为 __attribute((const)) 的运算符和函数。逻辑和算术运算符导致不同的优化，我不明白为什么。

这并不是一个真正的错误，因为__attribute((const)) 只是一个提示，并不能保证它的效果，但这仍然是非常令人惊讶的。有人解释一下吗？

这是代码。所以我定义了一个__attribute((const)) 函数：

int f(int & counter) __attribute((const));
int f(int & counter) {
    ++counter;
    return 0;
}

然后我定义一个算子测试宏。这是通过宏而不是模板/仿函数来完成的，以便向编译器提供简单的代码并简化优化：

int global = 0; // forces results to be computed

#define TestOp(OP) \
    { \
        int n = 0; \
        global += (f(n) OP f(n)); \
        std::cout << "op" #OP " calls f " << n << " times" << std::endl; \
    }

最后，我测试不同的运算符如下。 cmets 在-O3 和-Ofast 处将输出与g++-4.8 -std=c++11 -O2 -Wall -pedantic 相同的输出匹配

int main() {
    // all calls optimized away
    TestOp(^)   // 0
    TestOp(-)   // 0
    // one call is optimized away
    TestOp(|)   // 1
    TestOp(&)   // 1
    TestOp(||)  // 1
    TestOp(&&)  // 1
    // no optimization
    TestOp(+)   // 2
    TestOp(*)   // 2

    return global;
}

我的问题是：为什么算术运算符会产生两个调用？为什么 f()+f() 不能优化为 2*f() ？有没有办法帮助/强制这种优化？ 起初我认为乘法可能更昂贵，但我尝试了f()+....+f()，10 次加法仍然没有减少到10*f()。此外，由于它是int 算术，因此操作顺序无关紧要（与floats 相反）。

我还检查了 asm，但没有帮助：所有 int 似乎都是在编译时预先计算的。

Answer 1

编译器不信任你。 由于您有一个引用参数，编译器似乎不信任您的 const 属性 - const 函数应该只查看通过参数传递的值（而不是引用或取消引用指针）。

另一种测试方法是将const 函数分解为单独的编译单元：

test1.cpp：

#include <stdio.h>
int global = 0; // forces results to be computed

int f(int i) __attribute((const));
void print_count(void);

#define TestOp(OP) \
    { \
        int n = 0; \
        global += (f(n) OP f(n)); \
        printf("op %s ", #OP);\
        print_count();\
    }

int main() {
    // all calls optimized away
    TestOp(^)   // 0
    TestOp(-)   // 0
    // one call is optimized away
    TestOp(|)   // 1
    TestOp(&)   // 1
    TestOp(||)  // 1
    TestOp(&&)  // 1
    // no optimization
    TestOp(+)   // 2
    TestOp(*)   // 2

    return global;
}

counter.cpp：

#include <stdio.h>
static int counter = 0;

int f(int i) {
    ++counter;
    return 0;
}

void print_count(void)
{
   printf("counter %d\n", counter);
    counter = 0;
}

现在编译器发现在f(0) | f(0) 之前不需要调用f(0)，并且对f(0) 的调用结果会重新用于其他情况。

$ g++ -O2 -c counter.cpp && g++ -O2 -c test.cpp && g++ counter.o test.o && ./a.out
op ^ counter 0
op - counter 0
op | counter 1
op & counter 0
op || counter 0
op && counter 0
op + counter 0
op * counter 0