为什么 C++ 编译器不从最终类优化这个 dynamic_cast？

Question

考虑这个类层次结构：

struct Animal { virtual ~Animal(); };
struct Cat : virtual Animal {};
struct Dog final : virtual Animal {};

我的理解是，将final 放在class Dog 上可以确保没有人可以创建一个继承自Dog 的类，这必然意味着没有人可以创建一个IS-A Dog 和IS -A Cat 同时。

考虑这两个dynamic_casts：

Dog *to_final(Cat *c) {
    return dynamic_cast<Dog*>(c);
}

Cat *from_final(Dog *d) {
    return dynamic_cast<Cat*>(d);
}

GCC、ICC 和 MSVC 忽略 final 限定符并生成对 __dynamic_cast 的调用；这很不幸，但并不奇怪。

令我惊讶的是，Clang 和 Zapcc 都是 generate 的最佳代码 from_final （“总是返回 nullptr”），但会为 to_final 生成一个对 __dynamic_cast 的调用。

这真的是一个错过的优化机会吗（在编译器中，显然 有人 付出了一些努力来尊重强制转换中的final 限定符），或者在这种情况下由于某些微妙的原因无法进行优化我还没看到？

Answer 1

好的，我翻遍了 Clang 的source code to find this method：

/// isAlwaysNull - Return whether the result of the dynamic_cast is proven
/// to always be null. For example:
///
/// struct A { };
/// struct B final : A { };
/// struct C { };
///
/// C *f(B* b) { return dynamic_cast<C*>(b); }
bool CXXDynamicCastExpr::isAlwaysNull() const
{
  QualType SrcType = getSubExpr()->getType();
  QualType DestType = getType();

  if (const PointerType *SrcPTy = SrcType->getAs<PointerType>()) {
    SrcType = SrcPTy->getPointeeType();
    DestType = DestType->castAs<PointerType>()->getPointeeType();
  }

  if (DestType->isVoidType()) // always allow cast to void*
    return false;

  const CXXRecordDecl *SrcRD = 
    cast<CXXRecordDecl>(SrcType->castAs<RecordType>()->getDecl());

  //********************************************************************
  if (!SrcRD->hasAttr<FinalAttr>()) // here we check for Final Attribute
    return false; // returns false for Cat
  //********************************************************************

  const CXXRecordDecl *DestRD = 
    cast<CXXRecordDecl>(DestType->castAs<RecordType>()->getDecl());

  return !DestRD->isDerivedFrom(SrcRD); // search ancestor types
}

我对解析代码有点厌倦了，但在我看来，您的 from_final 并不仅仅因为 Final 属性而始终为 null，而且还因为 Cat 不在Dog 派生记录链。当然，如果它没有 final 属性，那么它会提前退出（就像 Cat 是 Src 时那样），但它不一定总是为 null。

我猜这有几个原因。第一个是 dynamic_cast 向上和向下转换记录链。当 Source Record 具有 Final Attribute 时，您可以简单地检查链是否 Dest 是祖先（因为不能从 Source 派生类）。

但是如果类不是最终的呢？我怀疑可能还有更多。也许多重继承使得向上转换比向下转换更难搜索？无需在调试器中停止代码，我所能做的就是推测。

我知道：isAlwaysNull 是一个提前退出的函数。这是一个合理的断言，它试图证明结果始终为空。你不能证明消极（正如他们所说），但你可以反驳积极。

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也许您可以检查该文件的 Git 历史记录并通过电子邮件发送给编写该函数的人。 （或者至少添加了final 检查）。