能否标记C++函数避免被优化移除？C++20及主流编译器方案问询

你的判断完全正确：ISO C++20标准不存在任何语法、标准属性或标准库工具可以实现该需求。
C标准的as-if规则明确允许编译器在不改变程序可观测行为的前提下，对代码做任意变换、删除无副作用的冗余代码。对于无参数、无返回值、无副作用的内联函数f，直接调用它本身不会产生任何标准定义下的可观测行为（标准定义的可观测行为仅包括volatile对象读写、文件IO、标准库IO操作等明确列举的场景）。C20提供的所有标准属性（比如[[likely]]、[[unlikely]]、[[nodiscard]]、[[no_unique_address]]等）都没有“强制保留某段代码生成的指令、禁止死代码消除”的语义，标准层面没有任何方式突破as-if规则的这个限制。

注意：所有下文提到的编译器扩展方案都无法让编译器凭空生成不存在的指令——如果f本身函数体为空、没有任何可执行语句，内联后本身就不会产生任何汇编指令，自然不存在“保留指令”的可能。这些方案的作用是阻止编译器把f函数体里原有、本应生成的指令以“无副作用”为理由删除。

以下方案均为编译器厂商提供的非标准扩展，不同版本的行为可能存在差异，属于工程实践中常用的实现手段，不保证在所有优化等级、所有代码场景下100%符合预期。

GCC #

• 最通用的轻量方案是利用空的volatile内联汇编作为编译器屏障，不会额外生成任何CPU指令，仅告知编译器禁止把屏障前的代码作为无副作用冗余代码删除：

inline void g() {
    f();
    // 无指令输出，标记此处内存可能被任意修改，阻断死代码消除逻辑
    asm volatile ("" ::: "memory");
}

• 如果需要更强的保证，可以给f本身添加__attribute__((noipa))属性，禁止GCC对f做跨过程的副作用分析，让编译器保守判定f存在未知副作用，不会把内联展开的f代码直接删掉，该属性不会阻止f的内联行为。
• 注意：__attribute__((used))仅能保证函数、静态变量本身的符号不会被链接器丢弃，无法阻止函数内部的无副作用调用被优化删除，不适合该场景。

Clang #

• Clang原生兼容GCC的空volatile汇编屏障方案，上述GCC的写法在Clang下可以直接生效。
• Clang额外提供了专用的内置函数__builtin_do_not_optimize，可以细粒度阻止编译器优化掉对应位置之前的代码，针对该场景的写法如下：

inline void g() {
    f();
    // 告知Clang不要优化掉之前路径上的有效指令
    __builtin_do_not_optimize(0);
}

• 如果不需要考虑优化粒度，也可以用__attribute__((optnone))标记g函数，让Clang对g函数关闭所有优化，自然会保留f()内联的所有指令，代价是g内的其他代码也不会被优化。

MSVC #

x86-64架构下的MSVC不支持内联汇编，常用实现方案有两种：

• 轻量屏障方案：使用编译器内置屏障_ReadWriteBarrier()，该内置函数不会生成任何实际CPU指令，仅作为优化屏障阻止编译器重排、删除屏障前的操作：

inline void g() {
    f();
    _ReadWriteBarrier();
}

• 强保证方案：使用优化编译指示临时关闭g函数范围内的相关优化，避免f的调用被作为死代码删除，f依然可以正常内联展开：

#pragma optimize("gsy", off)
inline void g() {
    f();
}
#pragma optimize("gsy", on)

MSVC目前没有提供和Clang__builtin_do_not_optimize完全等价的细粒度内置函数，上述方案在/O2、Ox最高优化等级的绝大多数场景下可以正常工作。

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