Question

I have a case朋友将类型为“Base”的非基类对象强制转换为类型对象“Derived”，其中“Derived”是“Base”的派生类，只添加函数，但是没有数据。在下面的代码中，我将数据成员x添加到派生类

struct A {
  int a;
};

struct B : A {
  // int x;
  int x;
};

A a;

int g(B *b) {
   a.a = 10;
   b->a++;
   return a.a;
}

通过严格的别名分析，GCC（也是Clang）总是返回10而不是11，因为b永远不会指向明确定义的a码。但是，如果我删除B::x（就像我朋友的代码中的情况一样），GCC的输出汇编代码不优化a.a的返回访问权限并重新加载来自记忆的价值。所以我的朋友的代码调用g“在GCC上工作”（正如他的意图），即使我认为它仍然有未定义的行为

g((B*)&a);

所以在基本相同的两种情况下，GCC优化了一种情况并且没有优化其他情况。是因为b可以合法地点到a？或者是因为GCC只是想破坏现实世界的代码？

我测试了陈述

的答案

如果删除B :: x，那么B符合9p7中对标准布局类的要求，并且访问变得非常明确，因为这两种类型是布局兼容的，9.2p17。

使用两个布局兼容的枚举

enum A : int { X, Y };
enum B : int { Z };

A a;

int g(B *b) {
   a = Y;
   *b = Z;
   return a;
}

g的汇编程序输出返回1，而不是0，即使A和B布局兼容（7.2p8）。

所以我的进一步问题是（引用答案）：“两个具有完全相同布局的类可能被认为”几乎相同“并且它们被排除在优化之外。” 。 有人可以为GCC或Clang提供此证明吗？

Answer 1

如果删除B::x，则B符合9p7中标准布局类的要求，并且访问权限变得非常明确，因为这两种类型< em> layout-compatible ，9.2p17和成员都有相同的类型。

标准布局类是一个类：


没有非标准布局类（或此类类型的数组）或引用类型的非静态数据成员，

没有虚函数（10.3），没有虚基类（10.1），

对所有非静态数据成员具有相同的访问控制（第11条），

没有非标准布局基类

在大多数派生类中没有非静态数据成员，并且最多只有一个具有非静态数据成员的基类，或者没有包含非静态数据成员的基类，并且< / LI>
没有与第一个非静态数据成员相同类型的基类。

如果两个标准布局结构类型具有相同数量的非静态数据成员，并且相应的非静态数据成员（按声明顺序）具有布局兼容类型，则它们是布局兼容的。

Answer 2

未定义的行为包括工作的情况，即使它不应该。

根据此联合的标准用法，允许访问标头或数据成员的类型和大小字段：

union Packet {
   struct Header {
   short type;
   short size;  
   } header;
   struct Data {
   short type;
   short size;  
   unsigned char data[MAX_DATA_SIZE];
   } data;
}

这严格限于工会，但许多编译器支持这种扩展，只要“不完整”类型将以未定义大小的数组结束。如果从子类中删除额外的静态非成员，它确实变得微不足道并且布局兼容，这允许别名？

struct A {
  int a;
};

struct B  {
  int a;
  //int x;
};

A a;

int g(B *b) {
   a.a = 10;
   b->a++;
   return a.a;
}

仍然执行别名优化。在具有相同数量的非静态成员的情况下，假定最派生的类与基类相同。让我们颠倒顺序：

#include <vector>
#include <iostream>

struct A {
  int a;
};

struct B : A  {
  int x;
};

B a;

int g(A *b) {
   a.a = 10;
   b->a++;
   return a.a;
}

int main()
{
    std::cout << g((A*)&a);
}

这会按预期返回11，因为B显然也是A，与原始尝试不同。让我们进一步发挥

struct A {
  int a;
};

struct B : A {
    int  foo() { return a;}
};

除非foo（）是虚拟的，否则不会导致别名优化。将非静态或const成员添加到B将导致“10”答案，添加非平凡构造函数或静态不会。

PS。在第二个例子中

enum A : int { X, Y };
enum B : int { Z };

这两者之间的布局兼容性由C ++ 14定义，并且它们与底层类型（但可转换）不兼容。虽然像

之类的东西

 enum A a = Y;
 enum B b = (B*)a;

可能会产生未定义的行为，就像您尝试使用任意32位值映射float一样。

Answer 3

我认为您的代码是UB，因为您要取消引用来自违反type aliasing rules的转换的指针。

现在，如果激活严格别名标志，则允许编译器优化UB的代码。如何使用此UB取决于编译器。您可以看到this question的答案。

关于gcc，documentation for -fstrict-aliasing显示它可以根据以下内容进行优化：

（...）假设一种类型的对象永远不会驻留在同一个对象上地址作为不同类型的对象，除非类型几乎同样的。

我无法找到＆＃34;几乎相同＆＃34;的定义，但可以考虑具有完全相同布局的两个类＆＃34;几乎相同＆＃34;并且它们被排除在优化之外。

Answer 4

我相信以下是合法的C ++（不调用UB）：

#include <new>

struct A {
  int a;
};

struct B : A {
  // int x;
};

static A a;

int g(B *b);
int g(B *b) {
   a.a = 10;
   b->a++;
   return a.a;
}

int f();
int f() {
  auto p = new (&a) B{};
  return g(p);
}

因为（全局）a总是引用A类型的对象（即使它是B - 对象的子对象，在调用{{1}之后}}和f()指向p类型的对象。

如果您将B标记为a存储持续时间（就像我上面所做的那样），我测试的所有编译器都会很乐意应用严格的别名并优化以返回static。

另一方面，如果您使用10标记g()或添加返回指向__attribute__((noinline))

的指针的函数h()

我测试的编译器假设A* h(); A* h() { return &a; }和参数&a可以别名并重新加载值。

为什么GCC和Clang不进行混叠优化？

4 个答案: