c++ - C++:在成员变量的指针传递到其他地方的情况下，如何使编译器优化内存访问

Question

[编辑:这是动机:将变量的指针传递给外部函数可能会意外中断对“相邻”变量的某些优化，因为可能会获得外部函数从原始指针计算出的相邻变量的指针。以下是原始文章，其中volatile用于模拟当前编译器单元无法访问的外部函数，例如虚拟函数调用，封闭源代码库函数等]
我想知道以下代码中的return t.a;是否将优化为return 0;。

//revision 1
struct T
{
    int a;
    int b;
};

void f_(int * p)
{
    *p = 1;
}
auto volatile f = f_;

int main()
{
    T t;
    t.a = 0;
    t.b = 0;
    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        f(&t.b);
    }
    return t.a;
}

好吧it's not。
相当公平，因为函数f中的代码可以使用offsetof获取指向t的指针，然后更改t.a。
因此，优化掉t.a的负载并不安全。
[编辑:再三考虑，在这里offsetof是不够的。我们需要container_of，似乎无法在标准C++中实现。]
但是offsetof不能用于非标准布局类型。所以我尝试了以下代码:

//revision 2
#include <type_traits>

struct T
{
private:
    char dummy = 0;
public:
    int a;
    int b;
};
static_assert(!std::is_standard_layout_v<T>);

void f_(int * p)
{
    *p = 1;
}
auto volatile f = f_;

int main()
{
    T t;
    t.a = 0;
    t.b = 0;
    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        f(&t.b);
    }
    return t.a;
}

不幸的是，它仍然无法正常工作。
我的问题是:

在上述情况下，安全地优化t.a的负载是否安全(修订版2)

如果不是，是否存在/建议中存在一些安排以使其成为可能？ (例如，将T设置为更特殊的类型，或者将b中的成员T设置为属性说明符)

附言以下代码针对return t.a;进行了优化，但是循环产生的代码效率低下。
而且，临时变量变戏法很麻烦。

//revision 3
struct T
{
    int a;
    int b;
};

void f_(int * p)
{
    *p = 1;
}
auto volatile f = f_;

int main()
{
    T t;
    t.a = 0;
    t.b = 0;
    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        int b = t.b;
        f(&b);
        t.b = b;
    }
    return t.a;
}

Answer 1

因为没有对象offsetof和T::a可以从中获取T::b，所以使用T::b从T::a中获取T::b是非法的。在另一个方向上，从T::a到达T是pointer-interconvertible，因为后者可以与container_of进行指针互转换。在注释中与Peter相反(尽管在Linux内核中存在possible宏)，但&t.b - 1不会产生指向t.a的指针，因为T::b和T::a不可指针互换。
注意，给定指向T::a的指针，您仍然需要使用 std::launder 来访问T::b:

auto p = &t.a;
std::launder(reinterpret_cast<T*>(p))->b = 1;

因此，具有足够侵略性的编译器确实可以得出结论，给定f的指针，没有替代的t.a可以访问t.b。但是，目前似乎没有主流编译器执行此优化。