GCC -Os优化跳过extern变量未定义引用及编译疑问

示例代码 #

extern int var;

void foo(int & param)
{
   (void) param;
}

int main(void)
{
   foo(*(&var));
   return 0;
}

分步编译命令 #

$ g++ -Os -o test.o -c test.cpp
$ g++ test.o

问题1：-Os启用了哪种优化跳过未定义引用？ #

移除-Os标志后会出现var未定义引用错误，尝试用GCC文档中-Os包含的所有优化替代该标志，但无法复现此现象。

解答 #

-Os触发的是多步骤协同的优化链，核心是死代码消除结合地址-解引用折叠：

1. 编译器先把*(&var)直接折叠为var，因为取地址再解引用的操作没有实际意义；
2. 由于foo函数内部仅对param做了(void)无操作转换，完全没有使用该参数的值或产生任何副作用，编译器判定整个foo调用属于死代码，直接将其消除；
3. 既然代码中已经没有任何对var的实际引用，链接阶段就不会再检查var的定义。

单独使用-Os包含的单个优化选项无法复现，是因为这种消除需要多个优化步骤配合触发，单个选项无法完成完整的优化链。

问题2：编译test.c无优化也不报错的原因？ #

一次性编译示例代码时：

$ g++ -c test.c

即使没有优化标志也不会报错。

解答 #

关键在于文件后缀：GCC会将.c后缀的文件当作C语言代码处理，而C语言没有C++的引用（reference）语法：

1. 函数声明void foo(int & param)中的&会被C语言解析为指针声明的旧式写法，等价于void foo(int *param)；
2. 调用foo(*(&var))会被解析为传递var的地址（&var），函数接收指针参数，整个过程只是传递变量地址，并没有实际读取var的值；
3. 在C语言中，只要声明了extern int var，变量的地址就是合法的编译期概念，链接阶段不需要var有实际定义——因为没有读取变量内容，也就不需要访问其存储空间。

而如果编译.cpp文件（C++），引用的语义要求必须绑定到实际存在的对象，即使函数内部没使用参数，编译器也会生成对var的引用，链接时就会要求var有定义。

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