c++ - const-correctness 是否给编译器更多的优化空间？

Question

我知道它提高了可读性并减少了程序出错的可能性，但是它对性能的提高有多大？

顺便说一句，引用和 const 指针之间的主要区别是什么？我会假设它们以不同的方式存储在内存中，但如何呢？

Answer 1

[编辑:好的，所以这个问题比我一开始想的要微妙。]

声明指向 const 的指针或引用的 const 永远不会帮助任何编译器优化任何东西。 (尽管请参阅此答案底部的更新。)

const 声明仅指示标识符将如何在其声明的范围 内使用；它并不是说底层对象不能改变。

例子:

int foo(const int *p) {
    int x = *p;
    bar(x);
    x = *p;
    return x;
}

编译器不能假设 *p 没有被 bar() 的调用修改，因为 p 可能是(例如)一个指向全局 int 的指针，bar() 可能会修改它。

如果编译器足够了解 foo() 的调用者和 bar() 的内容，它可以证明 bar()不修改 *p，那么 它也可以在没有 const 声明的情况下执行该证明。

但这通常是正确的。因为 const 只在声明的范围内起作用，所以编译器已经可以看到您在该范围内如何处理指针或引用；它已经知道你没有修改底层对象。

所以简而言之，所有 const 在这种情况下所做的就是防止你犯错误。它不会告诉编译器任何它不知道的东西，因此它与优化无关。

调用 foo() 的函数呢？喜欢:

int x = 37;
foo(&x);
printf("%d\n", x);

编译器能否证明这打印出 37，因为 foo() 采用 const int *？

没有。即使 foo() 采用指向 const 的指针，它也可能会丢弃 const 并修改 int。 (这不是未定义的行为。)在这里，编译器通常不能做出任何假设；如果它对 foo() 有足够的了解来进行这样的优化，它就会知道即使没有 const。

const 唯一可能允许优化的情况是这样的:

const int x = 37;
foo(&x);
printf("%d\n", x);

在这里，通过任何机制修改 x(例如，通过获取指向它的指针并丢弃 const)就是调用未定义行为。所以编译器可以自由地假设你不这样做，它可以将常量 37 传播到 printf() 中。这种优化对于您声明 const 的任何对象都是合法的。 (实际上，您从不引用的局部变量不会受益，因为编译器已经可以看到您是否在其范围内对其进行了修改。)

要回答您的“旁注”问题，(a) const 指针是指针； (b) 一个 const 指针可以等于 NULL。您是正确的，内部表示(即地址)很可能是相同的。

[更新]

作为 Christoph在评论中指出，我的回答不完整，因为它没有提到 restrict。

C99 标准的第 6.7.3.1 (4) 节说:

During each execution of B, let L be any lvalue that has &L based on P. If L is used to access the value of the object X that it designates, and X is also modified (by any means), then the following requirements apply: T shall not be const-qualified. ...

(这里 B 是一个基本 block ，P 是一个指向 T 的限制指针，在其范围内。)

所以如果一个 C 函数 foo() 是这样声明的:

foo(const int * restrict p)

...那么编译器可能假设在 p 的生命周期内不会对 *p 进行任何修改——即，在foo() 的执行——因为否则行为将是未定义的。

因此，原则上，将 restrict 与指向 const 的指针相结合可以启用上面忽略的两种优化。我想知道是否有任何编译器实际上实现了这样的优化？ (至少 GCC 4.5.2 没有。)

请注意，restrict 仅存在于 C 中，而不存在于 C++(甚至 C++0x)中，除非是作为特定于编译器的扩展。