c++ - 全局指针由优化器解析 - 但引用不是

c++ - 全局指针由优化器解析 - 但引用不是 - 为什么？

转载作者：可可西里更新时间：2023-11-01 18:37:09

全局指针和 VS2010 优化器的全局引用之间的最大区别是什么？为什么引用没有解析下来？

typedef unsigned char byte_t;
typedef unsigned short word_t;

struct byte_reg_t
{
  byte_t low;
  byte_t high;
};

union word_reg_t
{
  word_t value;
  byte_reg_t part;
};

word_reg_t r16;

byte_t& low_ref = r16.part.low;
byte_t* const low_ptr = &r16.part.low;

#define SPLIT() _asm nop;

int main()
{
  low_ref = 4;
  SPLIT()

  byte_t a = r16.part.low;
  SPLIT()

  byte_t b = low_ref;
  SPLIT()

  byte_t c = *low_ptr;
  SPLIT()

  return a+b+c;
}

在 Release模式下使用汇编输出编译产生这个结果

;byte_t a = r16.part.low;
mov cl, BYTE PTR ?r16@@3Tword_reg_t@@A

;byte_t b = low_ref;
mov edx, DWORD PTR ?low_ref@@3AAEA ; low_ref
mov dl, BYTE PTR [edx]

;byte_t c = *low_ptr;
mov al, BYTE PTR ?r16@@3Tword_reg_t@@A

未经修改的反汇编

.text:00401000 _main           proc near               ; CODE XREF: __tmainCRTStartup+11D
.text:00401000                 mov     eax, ?low_ref@@3AAEA ; uchar & low_ref
.text:00401005                 mov     byte ptr [eax], 4
.text:00401008                 nop
.text:00401009                 mov     cl, ?r16@@3Tword_reg_t@@A ; word_reg_t r16
.text:0040100F                 nop
.text:00401010                 mov     edx, ?low_ref@@3AAEA ; uchar & low_ref
.text:00401016                 mov     dl, [edx]
.text:00401018                 nop
.text:00401019                 mov     al, ?r16@@3Tword_reg_t@@A ; word_reg_t r16
.text:0040101E                 nop
.text:0040101F                 movzx   eax, al
.text:00401022                 movzx   edx, dl
.text:00401025                 movzx   ecx, cl
.text:00401028                 add     eax, edx
.text:0040102A                 add     eax, ecx
.text:0040102C                 retn
.text:0040102C _main           endp

.data:00403374 ?r16@@3Tword_reg_t@@A db ?              ; DATA XREF: _main+9
.data:00403374                                         ; _main+19
.data:00403375                 align 4

.data:00403018 ; unsigned char & low_ref
.data:00403018 ?low_ref@@3AAEA dd offset ?r16@@3Tword_reg_t@@A ; DATA XREF: _main
.data:00403018                                         ; _main+10
.data:00403018                                         ; word_reg_t r16

我测试了几种变体(从函数返回等)——如果 low_ref 正在使用则无法解决

优化器傻吗？
一个不常见的优化案例？
一些 c/c++ 标准限制？

更新

这似乎是一个不常见的优化案例 - 感谢 Michael Burr

如果引用在函数作用域中，或者在函数作用域中实例化的类或结构内部，则它有效(但仍然奇怪的是，优化器解析 ptr const 而不是引用——它们 100% 相同)

更新 2

它更奇怪 - 如果你从 byte_t 切换到 int 两种解析都有效 - const ptr 和 reference

global ptr const 到 global byte_t var:已解决
global ptr const 到 global int var:已解决
对全局 byte_t var 的全局引用:未解决
对全局 int var 的全局引用:已解决
对本地 byte_t var 的全局引用:已解决
对本地 int var 的全局引用:已解决

所以 ptr const 和引用的优化器、引用范围......和引用的类型......有时 :) 存在细微差别

更新 3

更简单的测试代码 - 使用 VS2010 和 clang 3.1 检查

typedef unsigned char byte_t;
typedef unsigned int dword_t;

//for msvc
#define SPLIT() _asm nop _asm nop;
//for clang
//#define SPLIT() asm("nop"); asm("nop");

byte_t byte;
dword_t dword;

byte_t& global_ref_byte = byte;
dword_t& global_ref_dword = dword;

byte_t* const global_ptrc_byte = &byte;
dword_t* const global_ptrc_dword = &dword;

int main(int argc, char** argv)
{
  byte_t& local_ref_byte = byte;
  dword_t& local_ref_dword = dword;

  dword_t random = (dword_t)argv;

  byte = (byte_t)random;
  dword = (dword_t)random;
  SPLIT()

  byte_t a = global_ref_byte;
  SPLIT()

  dword_t b = global_ref_dword;
  SPLIT()

  byte_t c = *global_ptrc_byte;
  SPLIT()

  dword_t d = *global_ptrc_dword;
  SPLIT()

  byte_t e = local_ref_byte;
  SPLIT()

  dword_t f = local_ref_dword;
  SPLIT()

  dword_t result = a+b+c+d+e+f;

  return result;
}

VS2010拆解

.text:00401000 ; int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
.text:00401000 _main           proc near               ; CODE XREF: ___tmainCRTStartup+11D
.text:00401000
.text:00401000 argc            = dword ptr  8
.text:00401000 argv            = dword ptr  0Ch
.text:00401000 envp            = dword ptr  10h
.text:00401000
.text:00401000                 push    ebp
.text:00401001                 mov     ebp, esp
.text:00401003                 mov     eax, [ebp+argv]
.text:00401006                 push    ebx
.text:00401007                 push    esi
.text:00401008                 push    edi
.text:00401009                 mov     byte_403374, al
.text:0040100E                 mov     dword_403378, eax
.text:00401013                 nop
.text:00401014                 nop
.text:00401015                 mov     eax, off_40301C
.text:0040101A                 mov     al, [eax]
.text:0040101C                 nop
.text:0040101D                 nop
.text:0040101E                 mov     ecx, dword_403378
.text:00401024                 nop
.text:00401025                 nop
.text:00401026                 mov     dl, byte_403374
.text:0040102C                 nop
.text:0040102D                 nop
.text:0040102E                 mov     esi, dword_403378
.text:00401034                 nop
.text:00401035                 nop
.text:00401036                 mov     bl, byte_403374
.text:0040103C                 nop
.text:0040103D                 nop
.text:0040103E                 mov     edi, dword_403378
.text:00401044                 nop
.text:00401045                 nop
.text:00401046                 movzx   edx, dl
.text:00401049                 movzx   ebx, bl
.text:0040104C                 add     edx, edi
.text:0040104E                 movzx   eax, al
.text:00401051                 add     edx, ebx
.text:00401053                 add     eax, edx
.text:00401055                 pop     edi
.text:00401056                 add     eax, esi
.text:00401058                 pop     esi
.text:00401059                 add     eax, ecx
.text:0040105B                 pop     ebx
.text:0040105C                 pop     ebp
.text:0040105D                 retn
.text:0040105D _main           endp

clang 3.1反汇编

.text:004012E0 sub_4012E0      proc near               ; CODE XREF: sub_401020+91
.text:004012E0
.text:004012E0 arg_4           = dword ptr  0Ch
.text:004012E0
.text:004012E0                 push    ebp
.text:004012E1                 mov     ebp, esp
.text:004012E3                 call    sub_4014F0
.text:004012E8                 mov     eax, [ebp+arg_4]
.text:004012EB                 mov     byte_402000, al
.text:004012F0                 mov     dword_402004, eax
.text:004012F5                 nop
.text:004012F6                 nop
.text:004012F7                 movzx   eax, byte_402000
.text:004012FE                 nop
.text:004012FF                 nop
.text:00401300                 add     eax, dword_402004
.text:00401306                 nop
.text:00401307                 nop
.text:00401308                 movzx   ecx, byte_402000
.text:0040130F                 add     ecx, eax
.text:00401311                 nop
.text:00401312                 nop
.text:00401313                 add     ecx, dword_402004
.text:00401319                 nop
.text:0040131A                 nop
.text:0040131B                 movzx   eax, byte_402000
.text:00401322                 add     eax, ecx
.text:00401324                 nop
.text:00401325                 nop
.text:00401326                 add     eax, dword_402004
.text:0040132C                 nop
.text:0040132D                 nop
.text:0040132E                 pop     ebp
.text:0040132F                 retn
.text:0040132F sub_4012E0      endp

如果没有 nop，两个优化器都可以生成更好的代码——但 clang 仍然更好

VS2010(更多代码因为未解析的字节引用)

.text:00401003                 mov     eax, [ebp+argv]
.text:00401006                 movzx   ecx, al
.text:00401009                 lea     edx, [eax+eax*2]
.text:0040100C                 mov     byte_403374, al
.text:00401011                 mov     dword_403378, eax
.text:00401016                 lea     eax, [edx+ecx*2]
.text:00401019                 mov     ecx, off_40301C
.text:0040101F                 movzx   edx, byte ptr [ecx]
.text:00401022                 add     eax, edx

clang 3.1:

.text:004012E8                 mov     eax, [ebp+arg_4]
.text:004012EB                 mov     byte_402000, al
.text:004012F0                 mov     dword_402004, eax
.text:004012F5                 movzx   ecx, al
.text:004012F8                 add     ecx, eax
.text:004012FA                 lea     eax, [ecx+ecx*2]

最佳答案

这就是我认为正在发生的事情。该引用被视为类似于非常量全局指针。如果从 low_ptr 声明中删除 const，您会看到这一点。

您还可以看到，如果将引用移动到函数的本地，编译器能够毫无问题地优化通过它的访问。

我猜想由于全局引用非常少见(我承认这是我编造的“统计数据”)，所以几乎没有努力优化它们。

关于c++ - 全局指针由优化器解析 - 但引用不是 - 为什么？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/11307929/

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