c++ - 如何在没有运行时成本的情况下基于断言指导 GCC 优化？

Question

我的代码中使用了一个在 Debug模式下使用的宏:

#define contract(condition) \
    if (!(condition)) \
        throw exception("a contract has been violated");

...但处于 Release模式:

#define contract(condition) \
    if (!(condition)) \
        __builtin_unreachable();

这对 assert() 的作用是，在发布版本中，由于 UB 传播，编译器可以大量优化代码。

例如，使用以下代码进行测试:

int foo(int i) {
    contract(i == 1);
    return i;
}

// ...

foo(0);

... 在 Debug模式下抛出异常，但在 Release模式下为无条件 return 1; 生成程序集:

foo(int):
        mov     eax, 1
        ret

条件以及依赖它的所有内容都已优化。

我的问题出现在更复杂的条件下。当编译器无法证明条件没有副作用时，它不会对其进行优化，与不使用合约相比，这是一种运行惩罚。

有没有办法表示合约中的条件没有副作用，从而总是优化出来？

Answer 1

Is there a way to express that the condition in the contract has no side effect, so that it is always optimized out?

不太可能。

众所周知，您不能将大量断言转化为假设(通过 __builtin_unreachable)并期望得到好的结果(例如 John Regehr 的 Assertions Are Pessimistic, Assumptions Are Optimistic)。

一些线索:

• CLANG，虽然已经拥有 __builtin_unreachable 内在函数，但引入了 __builtin_assume正是为了这个目的。

• N4425 - Generalized Dynamic Assumptions ^(*) 指出:

  GCC does not explicitly provide a general assumption facility, but general assumptions can be encoded using a combination of control flow and the __builtin_unreachable intrinsic

  ...

  The existing implementations that provide generic assumptions use some keyword in the implementation­reserved identifier space (__assume, __builtin_assume, etc.). Because the expression argument is not evaluated (side effects are discarded), specifying this in terms of a special library function (e.g. std::assume) seems difficult.

• 指南支持库(GSL，由 Microsoft 托管，但绝不是 Microsoft 特定的)“仅”具有以下代码:

  #ifdef _MSC_VER
  #define GSL_ASSUME(cond) __assume(cond)
  #elif defined(__clang__)
  #define GSL_ASSUME(cond) __builtin_assume(cond)
  #elif defined(__GNUC__)
  #define GSL_ASSUME(cond) ((cond) ? static_cast<void>(0) : __builtin_unreachable())
  #else
  #define GSL_ASSUME(cond) static_cast<void>(!!(cond))
  #endif
  

  并指出:

  // GSL_ASSUME(cond)
  //
  // Tell the optimizer that the predicate cond must hold. It is unspecified
  // whether or not cond is actually evaluated.
  

---

<子> *) 论文 rejected :EWG 的指导是在提议的契约(Contract)设施内提供功能。