为何传递成员变量指针给函数会阻碍其他成员变量的优化？

测试程序 #

struct X {
    bool b;
    int y;
};

void f(int*);

bool test(X x) {
    if (!x.b) {
        return false;
    }
    f(&x.y);
    return x.b;
}

在这个程序里，return x.b;语句并未被编译器优化为return true;——明明之前已经通过if (!x.b)判定了x.b为true。这说明编译器必须假设f(int*)可能通过某种方式修改x.b。

推测的f实现 #

编译器考虑的可能性之一是f的实现如下：

void f(int* p) {
    bool* q = reinterpret_cast<bool*>(p - 1);
    *q = false;
}

核心问题 #

• 上述f的实现是否属于合法的C++代码？
• 当向未知函数（opaque function）传递对象成员的指针时，编译器是否必须假设整个对象都可能被修改？

Clang编译输出（x86 trunk，-O1） #

test(X):                              # @test(X)
        push    rax
        mov     qword ptr [rsp], rdi
        test    dil, dil
        je      .LBB0_1
        lea     rdi, [rsp + 4]
        call    f(int*)@PLT
        cmp     byte ptr [rsp], 0
        setne   al
        pop     rcx
        ret
.LBB0_1:
        xor     eax, eax
        pop     rcx
        ret

结论 #

如果仅按示例中的方式调用f，该实现是合法的。因此编译器必须考虑这种可能性：外部函数可以通过成员指针逆推得到对象其他成员的地址并修改，所以不能对x.b的值做“始终为true”的优化假设。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者chrysante