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c++ - 编译器可以通过指向易失性的指针优化存储吗？

问题描述

写入 volatile 变量在某种程度上是 C++ 中的副作用，通常不能在 as-if 规则下进行优化。在实践中，这通常意味着在检查程序集时，您会看到抽象机器1为每个易失性存储提供一个存储。

但是，我不清楚是否必须在以下情况下执行存储，即底层对象不是易失性的，但存储是通过指向易失性的指针完成的：

void vtest() {
    int buf[1];

    volatile int * vptr = buf;

    *vptr = 0;
    *vptr = 1;
    *vptr = 2;
}

在这里，gcc 实际上确实优化了所有商店。Clang 没有。奇怪的是，行为取决于缓冲区大小：使用buf[3]gcc 会发出存储，但buf[4]不会发出，依此类推。

gcc在这里的行为合法吗？

[1] 有一些小的变化，例如，一些编译器将在 x86 上使用单个 read-modify-write 指令来实现类似v++where vis volatile 的东西）。

标签： c++language-lawyervolatile

解决方案

虽然对于 C 和 C++ 标准来说，识别易失性加载和存储具有特定语义的实现类别，并通过预定义的宏、内在函数或其他类似方式报告特定实现使用什么语义是有用的，但目前这两种实现都没有所以。给定一个循环：

void hang_if_nonzero(int mode)
{
  int i = 1;
  do { +*(volatile int*)0x1234; } while(mode);
}

如果 mode 不为零，则需要编译器生成将阻止程序执行的代码，因为volatile读取被定义为本身的副作用，无论是否有任何方法可以执行它的效果区别于跳过它。但是，并不要求编译器实际为易失性访问生成任何加载指令。如果编译器指定它仅用于读取地址 0x1234 的效果与跳过读取的效果无法区分的硬件平台上，则允许跳过读取。

在获取对象地址的情况下，但编译器可以考虑使用地址的所有方式并且代码从不检查地址的表示，编译器将不需要分配“正常”可寻址存储，但可以在它的闲暇分配一个寄存器或其他形式的存储，这些存储不会通过正常的加载和存储访问。如果它可以判断一个对象在访问时将包含什么值，它甚至可以假装分配存储而不实际这样做。例如，如果一个程序要执行以下操作：

int test(int mode)
{
  int a[2] = {1,2};
  int *p = a;
  return p[mode & 1] + p[mode & 1];
}

编译器不需要为 实际分配任何存储空间a，而是可以在闲暇时生成等效于return (1+(mode & 1)) << 1;. 即使p被声明为int volatile *p = a;，编译器也不需要为 分配可寻址存储a，因为编译器仍然可以解释通过指针完成的所有事情a，因此没有义务保留a可寻址存储。因此，编译器将被允许将 read ofa[mode & 1]视为等同于计算表达式(1+(mode & 1))。如果读取是通过易失性指针完成的，则需要将其视为副作用，以确定是否可以省略循环，但不要求读取本身实际执行任何操作。

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