为什么Clang在每次使用时都会取消引用参数？

问题描述

我一直在对工作中的某些代码进行性能优化，并偶然发现了一些奇怪的行为，我将其归结为以下C ++代码的简单片段：

#include <stdint.h>

void Foo(uint8_t*& out)
{
    out[0] = 1;
    out[1] = 2;
    out[2] = 3;
    out[3] = 4;
}

然后我用clang（在Windows上）用以下命令编译它：clang -S -O3 -masm=intel test.cpp。这将导致以下汇编：

        mov     rax,qword ptr [rcx]
        mov     byte ptr [rax],1
        mov     rax,qword ptr [rcx]
        mov     byte ptr [rax + 1],2
        mov     rax,qword ptr [rcx]
        mov     byte ptr [rax + 2],3
        mov     rax,qword ptr [rcx]
        mov     byte ptr [rax + 3],4
        ret

为什么clang生成的代码会反复将out参数解引用到rax寄存器中？这似乎是一个很明显的优化，故意没有进行，所以问题是为什么？

有趣的是，我尝试将uint8_t更改为uint16_t，结果生成了更好的机器代码：

        mov     rax,qword ptr [rcx]
        movabs  rcx,1125912791875585
        mov     qword ptr [rax],rcx
        ret

解决方法

仅由于严格的别名，编译器就无法进行这种优化，因为uint8_t始终*被定义为unsigned char。因此，它可以指向任何内存位置，这意味着它也可以指向自身，并且因为您将其作为引用传递，所以写操作可能会对函数内部产生副作用。

此处含糊不清，但正确，用法取决于非缓存读取：

#include <cassert>
#include <stdint.h>
void Foo(uint8_t*& out)
{
    uint8_t local;
    // CANNOT be used as a cached value further down in the code.
    uint8_t* tmp = out;
    // Recover the stored pointer.
    uint8_t **orig =reinterpret_cast<uint8_t**>(out);
    // CHANGES `out` itself;
    *orig=&local;

    **orig=5;
    assert(local==5);
    // IS NOT EQUAL even though we did not touch `out` at all;
    assert(tmp!=out);
    assert(out==&local);
    assert(*out==5);
}

int main(){
   // True type of the stored ptr is uint8_t**
   uint8_t* ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(&ptr);

   Foo(ptr);
}

这也解释了为什么uint16_t生成“优化”代码的原因，因为uin16_t永远不会*是(unsigned) char，因此编译器可以自由地假定它不会别名其他指针类型，例如自身

*也许某些无关紧要的平台具有不同的字节大小。那不是重点。