c++ - 如何让优化器正确地将变量放入寄存器？

Question

我有一个简单的函数，它通过引用获取两个变量:

void foo(int*& it2,
         bit_reader<big_endian_tag>& reader2)
{
    for(/* ... */)
    {
        *it2++ = boo(reader2.next());
        // it2++ => 0x14001d890 add qword ptr [r12], 0x4
    }
}

这里的问题是，对于 it2 和 reader2，优化器使计算机在循环期间写入内存而不是寄存器。

但是，以下代码在循环期间将变量正确地放入寄存器，但在循环前后以不必要的拷贝形式存在额外开销:

void foo2(int*& it2,
         bit_reader<big_endian_tag>& reader2)
{
    auto reader = reader2;
    auto it     = it2;

    for(/* ... */)
    {
        *it++ = boo(reader.next());
        // it++ => 0x14001d890 add r15, 0x4
    }

    reader2 = reader;
    it2 = it;
}

例如

如何让第一个示例生成与第二个示例相同的代码，但没有额外的拷贝？

Answer 1

问题是编译器无法证明it2在函数内没有变化。 (好吧，它可以，但这远远超出了普通 C++ 编译器的预期功能。)

它怎么知道 boo(reader2.next()); 没有改变值？考虑:

int* i = 0;

struct foo
{
    int myInt;
    int blah() { i = &myInt; return 5; }
};

void bar(int*& ptr, const foo& f)
{
    *ptr = f.blah(); // changes value of ptr!
}

int otherInt;
i = &otherInt;

bar(i, foo());

这不会为 otherInt 分配任何内容，而在转换之后它将:

void bar(int*& ptr, const foo& f)
{
    int* ptrCopy = ptr;
    *ptrCopy = f.blah(); // changes ptr, but not ptrCopy
}

因此，除非编译器能够证明行为相同，否则无法进行优化。

C99 使用 restrict 关键字解决了这个问题，但 C++ 没有等效项。不过，大多数 C++ 编译器中都存在一些扩展，例如 __restrict__ 或 __restrict。

要在标准 C++ 中执行此操作，您只需明确并自己制作拷贝