Question

我在调试模式下的代码中使用了一个宏：

pstmt.setAsciiStream(1, (InputStream) bis, data.length);

...但在发布模式下：

pstmt.setBinaryStream(1, new ByteArrayInputStream(data));

这对#define contract(condition) \ if (!(condition)) \ throw exception("a contract has been violated");的作用是，在发布版本中，由于UB传播，编译器可以大量优化代码。

例如，使用以下代码进行测试：

#define contract(condition) \
    if (!(condition)) \
        __builtin_unreachable();

...在调试模式下抛出异常，但在发布模式下为无条件assert()生成程序集：

int foo(int i) {
    contract(i == 1);
    return i;
}

// ...

foo(0);

条件以及依赖它的一切都已经过优化。

我的问题出现在更复杂的条件下。当编译器不能证明条件没有副作用时，它不会优化它，与不使用合同相比，这是一个严重的惩罚。

有没有办法表明合同中的条件没有副作用，因此始终优化了？

Answer 1

所以，不是答案，而是一些可能导致某些问题的有趣结果。

我最终得到了以下玩具代码：

#define contract(x) \
    if (![&]() __attribute__((pure, noinline)) { return (x); }()) \
        __builtin_unreachable();

bool noSideEffect(int i);

int foo(int i) {
    contract(noSideEffect(i));

    contract(i == 1);

    return i;
}

你也可以follow along at home;）

noSideEffect是我们知道没有副作用的函数，但是编译器没有。左右。
它是这样的：

GCC有__attribute__((pure))标记函数没有副作用。
使用noSideEffect属性限定pure会完全删除函数调用。太好了！
但我们无法修改noSideEffect的声明。那么如何将它的调用包装在一个本身pure的函数中呢？因为我们正在尝试制作一个自包含的宏，所以lambda听起来不错。
令人惊讶的是，除非我们将noinline添加到lambda中，否则它不起作用！我想在优化调用pure之前，优化器首先内联lambda，在途中丢失noSideEffect属性。使用noinline，以一种有点反直觉的方式，优化器能够擦除所有内容。太好了！
但是，现在有两个问题：使用noinline属性，编译器为每个lambda生成一个主体，即使它们从未被使用过。嗯 - 无论如何，链接器可能会抛弃它们但更重要的是......实际上我们失去了__builtin_unreachable()启用的优化:(

总结一下，您可以在上面的代码段中删除或放回noinline，最后得到以下结果之一：

使用noinline

; Unused code
foo(int)::{lambda()#2}::operator()() const:
        mov     rax, QWORD PTR [rdi]
        cmp     DWORD PTR [rax], 1
        sete    al
        ret
foo(int)::{lambda()#1}::operator()() const:
        mov     rax, QWORD PTR [rdi]
        mov     edi, DWORD PTR [rax]
        jmp     noSideEffect(int)

; No function call, but the access to i is performed
foo(int):
        mov     eax, edi
        ret

没有noinline

; No unused code
; Access to i has been optimized out,
; but the call to `noSideEffect` has been kept.
foo(int):
        sub     rsp, 8
        call    noSideEffect(int)
        mov     eax, 1
        add     rsp, 8
        ret

Answer 2

有没有办法表明合同中的条件没有副作用，所以它总是被优化出来？

不太可能。

众所周知，你不能收集大量的断言，把它们变成假设（通过__builtin_unreachable）并期望得到好的结果（例如John Regehr的Assertions Are Pessimistic, Assumptions Are Optimistic）。

一些线索：

CLANG虽然已经拥有__builtin_unreachable内在函数，但为此目的引入了__builtin_assume。
N4425 - Generalized Dynamic Assumptions ^（*）指出：


GCC没有明确提供一般假设，但一般假设可以使用控制流和__builtin_unreachable内在
的组合进行编码
...

提供通用假设的现有实现在实现保留标识符空间（__assume，__builtin_assume等）中使用一些关键字。由于未评估表达式参数（副作用被丢弃），因此根据特殊库函数（例如std::assume）指定此参数似乎很困难。

指南支持库（GSL，由Microsoft托管，但绝不是Microsoft特定的）只有“此代码”：

#ifdef _MSC_VER
#define GSL_ASSUME(cond) __assume(cond)
#elif defined(__clang__)
#define GSL_ASSUME(cond) __builtin_assume(cond)
#elif defined(__GNUC__)
#define GSL_ASSUME(cond) ((cond) ? static_cast<void>(0) : __builtin_unreachable())
#else
#define GSL_ASSUME(cond) static_cast<void>(!!(cond))
#endif

并注意到：

// GSL_ASSUME(cond)
//
// Tell the optimizer that the predicate cond must hold. It is unspecified
// whether or not cond is actually evaluated.

<子> *）文件rejected：EWG的指导是在拟议的合同设施内提供功能。

Answer 3

如果代码是死代码，则无法强制优化代码，因为GCC必须始终遵守标准。

另一方面，通过使用属性error可以检查表达式没有任何副作用，当函数的调用无法优化时，该属性将显示错误。

一个宏的示例，它检查优化的任何内容并进行UB传播：

#define _contract(condition) \
    {
        ([&]() __attribute__ ((noinline,error ("contract could not be optimized out"))) {
            if (condition) {} // using the condition in if seem to hide `unused` warnings.
        }());
        if (!(condition))
            __builtin_unreachable();
    }

如果没有优化，则error属性不起作用（因此该宏只能用于发布\优化模式编译）。请注意，在链接期间会显示指示合同有副作用的错误。

A test that shows an error with unoptimizable contract.

A test that optimizes out a contract but, does UB propagation with it.

如何在没有运行时成本的情况下基于断言来指导GCC优化？

3 个答案: