为什么C++编译器不会跨函数调用转发const变量的加载？

先看示例代码：

void black_box(int* foo);

int foo(int x) {
    black_box(&x);
    return x;
}

int bar(const int x) {
    black_box(const_cast<int*>(&x));
    return x;
}

根据cppreference的定义：

const 对象指的是：

• 类型被const限定的对象，或者
• [...]

这类对象不可被修改：尝试直接或间接修改（例如通过非const类型的引用或指针修改const对象）会导致未定义行为。

bar函数中的x被声明为const，照理编译器可以假设black_box不会修改它，但GCC和Clang为foo和bar生成的x86汇编完全相同：

push    rax
mov     dword ptr [rsp + 4], edi
lea     rdi, [rsp + 4]
call    black_box(int*)@PLT
mov     eax, dword ptr [rsp + 4]
pop     rcx
ret

问题：为什么编译器不给bar函数做优化——把x移入被调用者保存寄存器，省去函数调用后的内存加载操作？

核心原因解析 #

1. 形参的const不等同于const对象
   虽然bar的形参x带const限定，但它本质是函数形参，不属于标准定义的“const对象”范畴。const对象通常指全局/静态const变量、用const修饰且未被取地址/绑定引用的局部变量；而函数形参即便加了const，只要其地址被传递给外部函数，编译器就不能默认它不会被修改——哪怕这种修改属于未定义行为，编译器也不会以此为依据做激进优化。

2. 调用约定的硬性限制
   x86-64的System V调用约定中，整数参数通过rdi传递，但rdi是调用者保存寄存器，被调用函数black_box有权修改这个寄存器的值。如果编译器把x留在rdi里，调用black_box后寄存器的值可能被破坏，因此必须先把x存入栈中，调用结束后再从栈里读取返回值——这也是foo和bar汇编完全一致的直接原因。

3. 编译器的优化保守性
   编译器不会主动检测用户代码中的未定义行为来做优化。const_cast修改const形参属于UB，但编译器只会基于合法代码的语义做优化，不会假设用户不会写出UB代码，因此不会跳过栈加载的步骤。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ChrisB