MSVC为std::optional赋值生成冗余复杂指令的原因咨询

在针对std::optional<double>相关代码做基准测试时，我发现MSVC生成的代码运行速度约为clang、gcc同逻辑代码的50%。经过代码精简复现，确认MSVC为std::optional::operator=生成的代码存在明显异常，而使用std::optional::emplace()接口时不会出现该性能下降问题。

复现案例 #

赋值实现版本 #

测试函数代码如下：

void test_assign(std::optional<double> & f){
    f = std::optional{42.0};
}

基于MSVC 19.32版本，使用/O2 /std:c++17 /DNDEBUG /arch:AVX选项编译后生成的汇编代码为：

sub     rsp, 24
vmovsd  xmm0, QWORD PTR __real@4045000000000000
mov     BYTE PTR $T1[rsp+8], 1
vmovups xmm1, XMMWORD PTR $T1[rsp]
vmovsd  xmm1, xmm1, xmm0
vmovups XMMWORD PTR [rcx], xmm1
add     rsp, 24
ret     0

可以看到这段代码不仅额外申请了栈空间，还使用了非对齐128位移动操作，指令冗余度很高。

emplace实现版本 #

对应的emplace写法测试函数：

void test_emplace(std::optional<double> & f){
    f.emplace(42.0);
}

相同编译选项下生成的汇编代码为：

mov     rax, 4631107791820423168      ; 对应常量42.0的二进制表示
mov     BYTE PTR [rcx+8], 1
mov     QWORD PTR [rcx], rax
ret     0

该版本没有额外栈开销，指令简洁，运行效率远高于赋值写法的生成代码。

其他编译器对照 #

使用clang 14搭配-O3 -std=c++17 -DNDEBUG -mavx选项编译时，两种写法生成的代码完全一致，均为最优指令序列：

movabs  rax, 4631107791820423168
mov     qword ptr [rdi], rax
mov     byte ptr [rdi + 8], 1
ret

将std::optional<double>替换为如下自定义结构体，同样可以复现相同问题：

struct MyOptional {
    double d;
    bool hasValue; // 复现问题必须的成员
    
    MyOptional(double v) {
        d = v;
    }

    void emplace(double v){
        d = v;
    }
};

由此可见问题出在MSVC对携带额外bool标记成员的结构体赋值操作的处理逻辑上。

核心疑问 #

需要说明的是，此处并非质疑非对齐指令的性能：已有验证表明在该场景下对齐移动指令并不会带来额外性能提升。核心疑问点在于：

• 为什么MSVC在处理赋值场景时，会生成开销显著更高的冗余指令序列？
• 该现象属于MSVC遗漏的优化bug，还是存在我未考虑到的底层机制约束？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sedenion