c - 为什么那些函数调用没有优化？

Question

我试过用 Clang 和 GCC 编译这段代码:

struct s { int _[50]; };

void (*pF)(const struct s), (*pF1)(struct s), (*pF2)(struct s *);

main()
{
    struct s a;

    pF2(&a);

    pF(a), pF1(a);
}

结果是一样的。尽管不允许对 pF 的调用修改其唯一参数，但对象 a 会被复制以用于对 pF1 的第二次调用。这是为什么？

这是汇编输出(来自 GCC):

; main

        push    rbx
        sub rsp, 0D0h
        mov rbx, rsp
        mov rdi, rsp
        call    cs:pF2

    ;create argument for pF1 call (as there the argument is modified)
    ;and copy the local a into it
    ;although it seems not needed because the local isn't futher read anyway

        sub rsp, 0D0h
        mov rsi, rbx
        mov ecx, 19h
        mov rdi, rsp
    ;

        rep movsq
        call    cs:pF

    ;copy the local a into the argument created once again
    ;though the argument cannot be modified by the function pointed by pF

        mov rdi, rsp
        mov rsi, rbx
        mov ecx, 19h
        rep movsq
    ;

        call    cs:pF1
        add rsp, 1A0h
        xor eax, eax
        pop rbx
        retn

难道优化器不能看到因为 pF 指向的函数不能修改它的参数(因为它被声明为 const)所以省略最后的复制操作吗？另外，最近我看到，由于代码中没有进一步读取变量 a，它可以将其存储空间用于函数参数。

同样的代码可以写成:

; main

            push    rbx
            sub rsp, 0D0h

            mov rdi, rsp
            call    cs:pF2

            call    cs:pF

            call    cs:pF1
            add rsp, 0D0h
            xor eax, eax
            pop rbx
            retn

我正在使用 -O3 标志进行编译。我错过了什么吗？

即使我不调用 UB(因为函数指针默认为 NULL)也是一样的，而是像这样初始化它们:

#include <stdio.h>

struct s { int _[50]; };

extern void f2(struct s *a);

void (*pF)(const struct s), (*pF1)(struct s), (*pF2)(struct s *) = f2;

extern void f1(struct s a)
{
    a._[2] = 90;
}

extern void f(const struct s a)
{
    for(size_t i = 0; i < sizeof(a._)/sizeof(a._[0]); ++i)
        printf("%d\n", a._[i]);
}

extern void f2(struct s *a)
{
    a->_[6] = 90;

    pF1 = f1, pF = f;
}

Answer 1

我不认为这种优化是合法的。您忽略的是带有 const 参数的函数类型与带有非常量参数的函数类型兼容，因此可以将改变其参数的函数分配给指针 pF。 .

这是一个示例程序:

struct s {
    int x;
};

/* Black hole so that DCE doesn't eat everything */
void observe(void *);

void (*pF)(const struct s);

void test(struct s arg) {
    arg.x = 0;
    observe(&arg);
}

void assignment(void) {
    pF = test;
}

最重要的是，参数的 const 注释不会为编译器提供有关参数存储是否被调用方改变的可靠信息。执行此优化似乎要求 ABI 要求参数存储不发生突变(或某种整体程序分析，但不要介意)。