为何编译器优化仅在main函数外的函数中生效？

我编写了如下C函数unsigned_short_mult_test，用于将两个unsigned short类型数值相乘，结果存入unsigned int类型变量，并打印结果的最高位是否被置位：

void unsigned_short_mult_test(unsigned short a, unsigned short b) {
    unsigned int x = a * b;
    
    if (x >= 0x80000000)
        printf("%u >= %u", x, 0x80000000);
    else
        printf("%u < %u", x, 0x80000000);
}

测试时，我在main()中传入a和b的值均为65535：

int main() {
    unsigned short a = 65535;
    unsigned short b = 65535;
    unsigned_short_mult_test(a, b);

    return 0;
}

开启编译器优化（-O1及以上）后，程序始终输出错误结果：4294836225 < 2147483648。

我理解这是因为编译器将a和b提升为int类型进行乘法运算，再将结果转为unsigned int存入x，优化时假设两个int的乘积不会超过int最大值，因此移除了if语句的真分支。但将相同代码放入main函数中时，该优化不会生效：

int main() {
    unsigned short a = 65535;
    unsigned short b = 65535;

    // The same code as unsigned_short_mult_test
    unsigned int x = a * b;
    
    if (x >= 0x80000000)
        printf("%u >= %u", x, 0x80000000);
    else
        printf("%u < %u", x, 0x80000000);

    return 0;
}

此时程序输出正确结果：4294836225 >= 2147483648。

请问为何该编译器优化仅在独立函数中出现，而在main函数中不生效？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mason Ticehurst