c++ - 为什么 GCC 不能为两个 int32s 的结构生成最佳 operator==？

Question

一位同事向我展示了我认为没有必要的代码，但果然，确实如此。我希望大多数编译器会将所有这三种相等性测试的尝试视为等效的:

#include <cstdint>
#include <cstring>

struct Point {
    std::int32_t x, y;
};

[[nodiscard]]
bool naiveEqual(const Point &a, const Point &b) {
    return a.x == b.x && a.y == b.y;
}

[[nodiscard]]
bool optimizedEqual(const Point &a, const Point &b) {
    // Why can't the compiler produce the same assembly in naiveEqual as it does here?
    std::uint64_t ai, bi;
    static_assert(sizeof(Point) == sizeof(ai));
    std::memcpy(&ai, &a, sizeof(Point));
    std::memcpy(&bi, &b, sizeof(Point));
    return ai == bi;
}

[[nodiscard]]
bool optimizedEqual2(const Point &a, const Point &b) {
    return std::memcmp(&a, &b, sizeof(a)) == 0;
}


[[nodiscard]]
bool naiveEqual1(const Point &a, const Point &b) {
    // Let's try avoiding any jumps by using bitwise and:
    return (a.x == b.x) & (a.y == b.y);
}

但令我惊讶的是，只有带有 memcpy 的那些或 memcmp被 GCC 转换为单个 64 位比较。为什么？ ( https://godbolt.org/z/aP1ocs )
对于优化器来说，如果我在连续的四个字节对上检查相等性，这与比较所有八个字节是否相同，这不是很明显吗？
尝试避免将两部分单独 bool 化会更有效地编译(少一条指令并且没有对 EDX 的错误依赖)，但仍然是两个单独的 32 位操作。

bool bithackEqual(const Point &a, const Point &b) {
    // a^b == 0 only if they're equal
    return ((a.x ^ b.x) | (a.y ^ b.y)) == 0;
}

GCC 和 Clang 在按值传递结构时都有相同的遗漏优化(所以 a 在 RDI 中， b 在 RSI 中，因为 x86-64 System V 的调用约定就是这样将结构打包到寄存器中): https://godbolt.org/z/v88a6s . memcpy/memcmp 版本都编译为 cmp rdi, rsi/ sete al ，但其他人做单独的 32 位操作。 struct alignas(uint64_t) Point令人惊讶的是，在参数在寄存器中的按值情况下仍然有帮助，优化 GCC 的两个 naiveEqual 版本，但不是 bithack XOR/OR。 ( https://godbolt.org/z/ofGa1f )。这是否给我们提供了有关 GCC 内部结构的任何提示？对齐对 Clang 没有帮助。

Answer 1

如果您“修复”对齐方式，则全部给出相同的汇编语言输出(使用 GCC):

struct alignas(std::int64_t) Point {
    std::int32_t x, y;
};

Demo
请注意，做一些事情的一些正确/合法的方法(如双关语)是使用 memcpy ，因此在使用该函数时进行特定优化(或更激进)似乎合乎逻辑。