c++ - Clang 14 和 15 显然优化了在 Clang 13、ICC、GCC、MSVC 下按预期编译的代码

Question

我有以下示例代码:

inline float successor(float f, bool const check)
{
    const unsigned long int mask = 0x7f800000U;
    unsigned long int i = *(unsigned long int*)&f;

    if (check)
    {
        if ((i & mask) == mask)
            return f;
    }

    i++;

    return *(float*)&i;
}

float next1(float a)
{
    return successor(a, true);
}

float next2(float a)
{
    return successor(a, false);
}

在 x86-64 clang 13.0.1 下，代码按预期编译。

在 x86-64 clang 14.0.0 或 15 下，输出只是 next1(float) 和 的 ret 操作>next2( float )。

编译器选项:-march=x86-64-v3 -O3

代码和输出在这里:Godbolt .

successor(float,bool) 函数不是空操作。

请注意，输出符合 GCC、ICC 和 MSVCC 的预期。我在这里遗漏了什么吗？

Answer 1

*(unsigned long int*)&f 是直接的别名违规。 f 是一个 float 。您不能通过指向 unsigned long int 的指针访问它。 (这同样适用于 *(float*)&i。)

因此代码具有未定义的行为，Clang 喜欢假设具有未定义行为的代码是不可访问的。

使用 -fno-strict-aliasing 编译以强制 Clang 不将别名违规视为不会发生的未定义行为(尽管此处可能还不够，见下文)或最好不要依赖未定义的行为。而是使用 std::bit_cast(C++20 起)或 std::memcpy 来创建具有新类型的 f 的拷贝但相同的对象表示。这样你的程序将是有效的标准 C++，而不依赖于 -fno-strict-aliasing 编译器扩展。

(如果您使用 std::memcpy 添加一个 static_assert 来验证 unsigned long int 和 float 具有相同的大小。并非所有平台都如此，也并非所有常见平台都如此。std::bit_cast 具有内置测试。)

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正如@CarstenS 在另一个答案中所注意到的，鉴于您(至少在编译器资源管理器上)正在为 SysV ABI 进行编译，unsigned long int(64 位)确实与 float (32 位)。因此，在 i 的初始化中，您正在越界访问内存，因此存在更直接的 UB。正如他还注意到的那样，即使没有 -fno-strict-aliasing，当使用整数类型的匹配大小时，Clang 似乎确实会按预期编译代码。不过，这并不会使我上面写的内容失效。