c++ - 为什么 GCC 在这里优化分配？

Question

我有一个类 offset_ptr，它的工作方式类似于指针，但将它指向的内存地址存储为它自己的地址 this 的偏移量。这是一个删除了不需要证明问题的所有内容的版本:

template <typename T>
struct offset_ptr {
  using offset_t = int64_t;
  static constexpr auto const NULLPTR_OFFSET =
      std::numeric_limits<offset_t>::max();

  offset_ptr(T const* p)
      : offset_{p == nullptr ? NULLPTR_OFFSET
                             : static_cast<offset_t>(
                                   reinterpret_cast<uint8_t const*>(p) -
                                   reinterpret_cast<uint8_t const*>(this))} {}

  T* get() {
    return 
        offset_ == NULLPTR_OFFSET
            ? nullptr
            : reinterpret_cast<T*>(reinterpret_cast<uint8_t*>(this) + offset_);
  }

  offset_t offset_;
};

此代码不适用于 GCC -O2 和 -O3:

int* get() {
  offset_ptr<int> ptr = static_cast<int*>(malloc(sizeof(int)));
  auto p = ptr.get();
  *p = 110;  // WOW - please do not optimize me away :-(
  return p;
}

(为了简单起见，有意省略了内存管理和错误检查!)

这在生成的程序集中也可见: https://godbolt.org/z/PfZEJM

只是缺少作业。

如上面的 Godbolt Compiler Explorer 链接所示，它在以下情况下工作

• 分配的值直接在函数本身中使用
• offset_ptr 位于堆上，而不是堆栈上
• 根本没有使用offset_ptr

适用于:

• Clang(有和没有优化)
• MSVC(调试和 Release模式)
• GCC(当前和旧版本)-O0 和 -O1(但 NOT -O2 和 -O3)

GCC 和 Clang Address 以及 UB sanitizer 构建在执行时没有显示任何问题(除了内存泄漏)。

有人可以指出 C++ 标准文档中的一个部分说这段代码中有 UB(这可能是 GCC 积极优化赋值的原因)？还是 GCC 中的错误？

编辑:删除 offset_ptr 中的 nullptr 检查有助于 ( https://godbolt.org/z/5HjcLY )。但我需要那些空检查。

Answer 1

[expr.add]p5 :

When two pointer expressions P and Q are subtracted, the type of the result is an implementation-defined signed integral type; [...]

• If P and Q both evaluate to null pointer values, the result is 0.
• Otherwise, if P and Q point to, respectively, elements x[i] and x[j] of the same array object x, the expression P - Q has the value i-j.
• Otherwise, the behavior is undefined.

成员初始值设定项列表中的减法返回到第三点，因此您有 UB。

如果您删除 nullptr 检查它“有效”，因为 gcc 无法证明第一个条件不会发生。