c++ - 局部变量与类变量编译器优化；有效与无效

Question

我有一个代码示例，当结构化为类变量时，直接优化不起作用，但作为局部变量工作；我想知道:为什么优化没有发生在类变量公式上？

我的示例代码的目的是让一个类在构造时启用或禁用，并可能在其生命周期内更改。我希望，当对象在其整个生命周期内被禁用时，编译器将优化掉所有在启用对象时有条件地执行的代码。

具体来说，我有一个 std::ofstream，我只想在“启用”时写入它。禁用时，我希望跳过所有格式化输出。 (我的真实类(class)做它自己的、重要的消息格式化。)

我发现，当我将其制定为一个类时，我没有获得预期的优化。但是，如果我将代码全部复制为局部变量，我确实会看到预期的行为。

此外，我发现如果我不在示例类的方法主体中的任何位置进行 std::ofstream 调用，如“打开”、“异常”或“清除”，我也会获得预期的优化。 (但是，我的设计需要在 std::ofstream 上进行此类调用，所以对我来说这是一个有争议的问题。)下面的代码使用 MACRO DISABLE_OPEN_OFSTREAM_AFTER_CONSTRUCTOR 来尝试这种情况。

我的示例代码使用“asm”表达式将注释插入到生成的汇编代码中。如果在汇编中检查编译器的输出，我希望在“禁用测试”注释之间没有汇编。我正在观察“class disabled-test”评论之间的组装，但在“locals disabled-test”评论之间没有组装。

输入的C++代码:

#include <fstream> // ofstream

#define DISABLE_OPEN_OFSTREAM_AFTER_CONSTRUCTOR 0

class Test_Ofstream
{
public:
    Test_Ofstream( const char a_filename[],
                   bool a_b_enabled )
    #if DISABLE_OPEN_OFSTREAM_AFTER_CONSTRUCTOR
        : m_ofstream( a_filename ),
          m_b_enabled( a_b_enabled )
    {
    }
    #else
        : m_ofstream(),
          m_b_enabled( a_b_enabled )
    {
        m_ofstream.open( a_filename );
    }
    #endif

    void write_test()
    {
        if( m_b_enabled )
        {
            m_ofstream << "Some text.\n";
        }
    }

private:
    std::ofstream m_ofstream;
    bool m_b_enabled;
};

int main( int argc, char* argv[] )
{
    {
        Test_Ofstream test_ofstream( "test.txt", true );
        asm( "# BEGIN class enabled-test" );
        test_ofstream.write_test();
        asm( "# END class enabled-test" );
    }

    {
        Test_Ofstream test_ofstream( "test.txt", false );
        asm( "# BEGIN class disabled-test" );
        test_ofstream.write_test();
        asm( "# END class disabled-test" );
    }

    {
        bool b_enabled = true;
        #if DISABLE_OPEN_OFSTREAM_AFTER_CONSTRUCTOR
        std::ofstream test_ofstream( "test.txt" );
        #else
        std::ofstream test_ofstream;
        test_ofstream.open( "test.txt" );
        #endif
        asm( "# BEGIN locals enabled-test" );
        if( b_enabled )
        {
            test_ofstream << "Some text.\n";
        }
        asm( "# END locals enabled-test" );
    }

    {
        bool b_enabled = false;
        #if DISABLE_OPEN_OFSTREAM_AFTER_CONSTRUCTOR
        std::ofstream test_ofstream( "test.txt" );
        #else
        std::ofstream test_ofstream;
        test_ofstream.open( "test.txt" );
        #endif
        asm( "# BEGIN locals disabled-test" );
        if( b_enabled )
        {
            test_ofstream << "Some text.\n";
        }
        asm( "# END locals disabled-test" );
    }

    return 0;
}

输出汇编代码:

##### Cut here. #####
#APP
# 53 "test_ofstream_optimization.cpp" 1
        # BEGIN class disabled-test
# 0 "" 2
#NO_APP
        cmpb        $0, 596(%esp)
        je  .L22
        movl        $.LC1, 4(%esp)
        movl        %ebx, (%esp)
.LEHB9:
        call        _ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc
.LEHE9:
.L22:
#APP
# 55 "test_ofstream_optimization.cpp" 1
        # END class disabled-test
# 0 "" 2
#NO_APP
##### Cut here. #####
#APP
# 116 "test_ofstream_optimization.cpp" 1
        # BEGIN locals disabled-test
# 0 "" 2
# 121 "test_ofstream_optimization.cpp" 1
        # END locals disabled-test
# 0 "" 2
#NO_APP
##### Cut here. #####

我意识到这可能与我使用的编译器有关，它是:g++-4.6 (Debian 4.6.1-4) 4.6.1；编译器标志:-Wall -S -O2。然而，这似乎是一个如此简单的优化，我很难相信它可能是编译器搞砸了。

非常感谢任何帮助、见解或指导。

Answer 1

很简单。当您直接将代码编写为局部变量时，代码将被内联，编译器将执行常量折叠。当您在类范围内时，代码不会内联并且 m_b_enabled 的值是未知的，因此编译器必须执行调用。为了证明代码在语义上是相等的并执行此优化，不仅必须内联该调用，而且必须内联对类的每次访问。编译器很可能认为内联类不会产生足够的好处。编译器也可以选择不内联代码，因为他们不知道如何，而内联 asm 表达式正是那种可能导致他们这样做的事情，因为编译器不知道如何处理你的汇编代码。

通常，您会放置一个断点并检查反汇编。无论如何，这就是我在 Visual Studio 中所做的。任何类型的内联汇编程序都可能对优化器造成如此大的破坏。

当我删除汇编程序表达式时，Visual Studio 会内联代码，并且不会立即执行优化。堆叠优化过程的问题是您永远无法获得正确的顺序来找到所有潜在的优化。