c++ - 为什么 gcc 和 clang 会为成员函数模板参数生成非常不同的代码？

Question

我试图了解将成员函数指针用作模板参数时发生了什么。我一直认为函数指针(或成员函数指针)是一个运行时概念，所以我想知道当它们用作模板参数时会发生什么。出于这个原因，我查看了这段代码产生的输出:

struct Foo { void foo(int i){ } };    
template <typename T,void (T::*F)(int)>
void callFunc(T& t){ (t.*F)(1); }
void callF(Foo& f){ f.foo(1);}    
int main(){
    Foo f;
    callF(f);
    callFunc<Foo,&Foo::foo>(f);
}

其中 callF 用于比较。 gcc 6.2 为两个函数生成完全相同的输出:

callF(Foo&):  // void callFunc<Foo, &Foo::foo>(Foo&):
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 16
    mov     QWORD PTR [rbp-8], rdi
    mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
    mov     esi, 1
    mov     rdi, rax
    call    Foo::foo(int)
    nop
    leave
    ret

而 clang 3.9 为 callF() 生成几乎相同的输出:

callF(Foo&):                          # @callF(Foo&)
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 16
    mov     esi, 1
    mov     qword ptr [rbp - 8], rdi
    mov     rdi, qword ptr [rbp - 8]
    call    Foo::foo(int)
    add     rsp, 16
    pop     rbp
    ret

但模板实例化的输出非常不同:

void callFunc<Foo, &Foo::foo>(Foo&): # @void callFunc<Foo, &Foo::foo>(Foo&)
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 32
    xor     eax, eax
    mov     cl, al
    mov     qword ptr [rbp - 8], rdi
    mov     rdi, qword ptr [rbp - 8]
    test    cl, 1
    mov     qword ptr [rbp - 16], rdi # 8-byte Spill
    jne     .LBB3_1
    jmp     .LBB3_2
.LBB3_1:
    movabs  rax, Foo::foo(int)
    sub     rax, 1
    mov     rcx, qword ptr [rbp - 16] # 8-byte Reload
    mov     rdx, qword ptr [rcx]
    mov     rax, qword ptr [rdx + rax]
    mov     qword ptr [rbp - 24], rax # 8-byte Spill
    jmp     .LBB3_3
.LBB3_2:
    movabs  rax, Foo::foo(int)
    mov     qword ptr [rbp - 24], rax # 8-byte Spill
    jmp     .LBB3_3
.LBB3_3:
    mov     rax, qword ptr [rbp - 24] # 8-byte Reload
    mov     esi, 1
    mov     rdi, qword ptr [rbp - 16] # 8-byte Reload
    call    rax
    add     rsp, 32
    pop     rbp
    ret

这是为什么呢？ gcc 是否采取了一些(可能是非标准的)捷径？

Answer 1

gcc 能够弄清楚模板在做什么，并生成尽可能简单的代码。 clang 没有。只要可观察的结果符合 C++ 规范，编译器就可以执行任何优化。如果优化掉一个中间函数指针，那就这样吧。代码中没有任何其他内容引用临时函数指针，因此可以将其完全优化掉，整个事情被一个简单的函数调用所取代。

gcc 和 clang 是不同的编译器，由不同的人编写，使用不同的方法和算法来编译 C++。

这是很自然的，并且期望从不同的编译器中看到不同的结果。在这种情况下，gcc 能够比 clang 更好地解决问题。我敢肯定，在其他情况下，clang 能够比 gcc 更好地解决问题。