为何GCC与Clang保留结构体常量函数指针调用却优化全局指针调用？

原C代码 #

typedef struct foo
{
    void (*const t)(struct foo *f);
} foo;

void t(struct foo *f)
{
    
}

void (*const myt)(struct foo *f) = t;

foo f = {.t = t};

int main(void)
{
    f.t(&f);
    myt(&f);

    return 0;
}

编译生成的汇编代码（GCC 13.2 x86-64） #

使用x86-64架构的GCC 13.2与Clang 16.0.0编译上述代码时，生成的汇编代码相似，以下为GCC输出：

t:
        ret
main:
        sub     rsp, 8
        mov     edi, OFFSET FLAT:f
        call    [QWORD PTR f[rip]]
        xor     eax, eax
        add     rsp, 8
        ret
f:
        .quad   t
myt:
        .quad   t

疑问点 #

• 为何两款编译器通过struct foo的成员t调用函数t时会生成call指令，而通过全局常量函数指针myt调用时却无对应指令？
• 既然f为静态分配且编译时初始化，其成员t是不可修改的常量指针（修改会触发未定义行为），指向空函数t，为何编译器无法完全消除该无意义的函数调用？

解答 #

1. 全局函数指针myt的调用被优化的原因 #

全局常量函数指针myt被声明为void (*const myt)(struct foo *f) = t;，这里的const直接限定指针本身为只读，编译器可以确定它的值在整个程序生命周期内不会被修改（任何修改都是未定义行为，编译器无需考虑这种非法场景）。因此编译myt(&f);时，编译器能直接将其解析为对t的调用，而t是空函数，除了ret没有任何实际操作，编译器进一步优化掉了这个无意义的调用，所以汇编里看不到对应的call指令。

2. 结构体成员t的调用未被优化的原因 #

虽然结构体foo的成员t被声明为void (*const t)(struct foo *f);，且全局变量f是编译时初始化的，但这里的const只是结构体成员的属性，而非全局变量f本身的属性——f本身不是const限定的全局变量，你可以合法修改f的其他成员（如果存在），只是修改f.t会触发未定义行为。

编译器优化时，默认会假设全局变量可能被其他编译单元的代码修改（除非用static限定，或开启更激进的优化选项并配合全局const声明）。即使f.t是成员级的const，编译器无法确定其他代码是否会通过未定义行为修改它的值，因此不能直接将f.t(&f);替换为对t的直接调用，更无法直接消除这个调用。

如果把f声明为const foo f = {.t = t};，给全局变量本身加上const限定，编译器就能确定f的所有成员都不会被修改，此时会把f.t(&f);的调用也优化掉，汇编里就不会出现对应的call指令了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user1806687