c++ - 过度渴望使用constexpr进行C++ union 零初始化

Question

以下是带标签的联合模板“Storage”的简化示例，该模板可以假定联合中包含两种类型的L和R，以及指示它们已存储的 bool(boolean) 值。实例化使用两种不同大小的类型，较小的一种实际上是空的。

#include <utility>

struct Empty
{
};

struct Big
{
        long a;
        long b;
        long c;
};

template<typename L, typename R>
class Storage final
{
public:
        constexpr explicit Storage(const R& right) : payload{right}, isLeft{false}
        {
        }

private:
        union Payload
        {
                constexpr Payload(const R& right) : right{right}
                {
                }
                L left;
                R right;
        };

        Payload payload;
        bool isLeft;
};

// Toggle constexpr here
constexpr static Storage<Big, Empty> createStorage()
{
        return Storage<Big, Empty>{Empty{}};
}

Storage<Big, Empty> createStorage2()
{        
        return createStorage();
}

构造函数使用Empty初始化R成员，并且仅调用该成员的联合构造函数

联合从未默认初始化为整个

所有构造函数都是constexpr

因此，函数“createStorage2”应仅填充bool标签，而不要考虑联合。因此，我期望使用默认优化“-O”的编译结果:

createStorage2():
        mov     rax, rdi
        mov     BYTE PTR [rdi+24], 0
        ret

GCC和ICC都会生成类似

createStorage2():
        mov     rax, rdi
        mov     QWORD PTR [rdi], 0
        mov     QWORD PTR [rdi+8], 0
        mov     QWORD PTR [rdi+16], 0
        mov     QWORD PTR [rdi+24], 0
        ret

将整个32字节结构清零，而clang生成预期的代码。您可以使用https://godbolt.org/z/VsDQUu复制它。当您从“createStorage”静态函数中删除constexpr时，GCC将仅还原为bool标记的所需初始化，而ICC保持不变，并且仍然填充所有32个字节。

这样做可能不是标准行为，因为未使用的位被“未定义”允许任何事情，包括被设置为零和消耗不必要的CPU周期。但这很烦人，如果您首先出于效率原因引入了工会，而您的工会成员(member)的人数相差很大。

这里发生了什么？如果不是从构造函数和静态函数中删除constexpr的方法，是否有任何方法可以解决此问题？

旁注:即使删除了所有constexpr，ICC似乎也会执行一些额外的操作，例如https://godbolt.org/z/FnjoPC:

createStorage2():
        mov       rax, rdi                                      #44.16
        mov       BYTE PTR [-16+rsp], 0                         #39.9
        movups    xmm0, XMMWORD PTR [-40+rsp]                   #44.16
        movups    xmm1, XMMWORD PTR [-24+rsp]                   #44.16
        movups    XMMWORD PTR [rdi], xmm0                       #44.16
        movups    XMMWORD PTR [16+rdi], xmm1                    #44.16
        ret                                                     #44.16

这些上浮指示的目的是什么？

Answer 1

(这只是我的推测，但评论太久了)

这里发生了什么？

由于构造函数是constexpr，因此可能整个Payload具有一些在编译时计算的值。然后，在运行时，返回完整的Payload。据我所知，编译器不需要认识到编译时值的特定部分是未初始化的，也不应该为其生成任何代码。

在一些疯狂的编译器中，甚至可能会发生这样的情况，即编译时Payload在未初始化的节中具有垃圾值，然后会产生例如:

createStorage2():
        mov     rax, rdi
        mov     QWORD PTR [rdi], 0xbaadf00d
        mov     QWORD PTR [rdi+8], 0xbaadf00d
        mov     QWORD PTR [rdi+16], 0xbaadf00d
        mov     QWORD PTR [rdi+24], 0
        ret

通常，constexpr不喜欢未初始化的值，但结合可以稍微解决它。