c++ - 如何创建不破坏严格别名的 uint8_t 数组？

Question

我最近问了这个问题:

Using this pointer causes strange deoptimization in hot loop

问题是我正在写入类型为 uint8_t 的数组，编译器将其视为可以使用方法的 this 指针(类型struct T*)，因为 void* 和 char* (=uint8_t*) 总是可以别名任何其他指针在 C++ 中。此行为导致错失优化机会。当然，我想避免这种情况。所以问题是:我能否声明一个 uint8_t 数组来强制执行严格的别名，即编译器将其视为从不与任何其他类型的指针别名？即，我正在寻找类似 strict_uint8_t 类型的东西，它是具有特殊别名行为的 uint8_t 。有办法实现吗？

显示我的意思的示例代码，借鉴了其他问题并进行了简化。有关详细信息，请阅读链接的问题及其接受的答案:

struct T{
   uint8_t* target;
   void unpack3bit(char* source, int size) {
        while(size > 0){
           uint64_t t = *reinterpret_cast<uint64_t*>(source);
           /** `this->target` cannot be cached in a register here but has
               to be reloaded 16 times because the compiler
               thinks that `this->target` could alias with `this` itself.
               What I want is a special uint8_t type that does not trigger
               this behaviour. */
           this->target[0] = t & 0x7; 
           this->target[1] = (t >> 3) & 0x7;
           this->target[2] = (t >> 6) & 0x7;
           this->target[3] = (t >> 9) & 0x7;
           this->target[4] = (t >> 12) & 0x7;
           this->target[5] = (t >> 15) & 0x7;
           this->target[6] = (t >> 18) & 0x7;
           this->target[7] = (t >> 21) & 0x7;
           this->target[8] = (t >> 24) & 0x7;
           this->target[9] = (t >> 27) & 0x7;
           this->target[10] = (t >> 30) & 0x7;
           this->target[11] = (t >> 33) & 0x7;
           this->target[12] = (t >> 36) & 0x7;
           this->target[13] = (t >> 39) & 0x7;
           this->target[14] = (t >> 42) & 0x7;
           this->target[15] = (t >> 45) & 0x7;
           source+=6;
           size-=6;
           target+=16;
        }
}
};

Answer 1

您可以使用基本类型 uint8_t 的固定大小枚举:

enum strict_uint8_t : uint8_t {};

如果您希望能够透明地与 uint8_t 进行相互转换，您可以将其包装在一个带有转换构造函数和转换运算符的 struct 中:

struct strict_uint8_t {
    enum : uint8_t {} i;
    strict_uint8_t(uint8_t i) : i{i} {}
    operator uint8_t() const { return i; }
};

这似乎消除了 gcc 和 clang 中的别名悲观化:https://godbolt.org/g/9Ta98b

(注意:之前的方法，使用位域，在 gcc 中有效，但在 clang 中无效。)