Visual Studio 2019中std::map::operator[]是否存在非预期优化问题？

问题本质 #

你遇到的现象是C++标准对赋值操作数的求值顺序规定变化导致的，不属于MSVC的非预期缺陷。

核心原理 #

你代码里的核心语句是：

map[key] = map.size();

std::map::operator[]的行为是：如果指定key不存在，会自动插入默认构造的value，并将map的大小+1，返回插入后value的引用。
而在C++17标准正式发布之前，赋值运算符左右两个操作数的求值顺序是未指定的，编译器可以自主选择求值顺序：

• 若先对右操作数map.size()求值：此时key还未插入，得到size为0，再执行左操作数map[key]插入key、size变为1，最后赋值0，就是你debug模式下看到的符合预期的结果。
• 若先对左操作数map[key]求值：此时key直接插入，size变为1，再对右操作数map.size()求值得到1，最后赋值1，就是你release模式下的输出结果。

debug模式下编译器关闭了指令重排优化，会按照代码书写顺序求值，而release模式下编译器为了提升执行效率调整了求值顺序，两种行为在C++17之前的标准下都是合规的。

C++17之后的规则变化 #

C17标准明确规定：对于赋值表达式E1 = E2，右操作数E2的所有值计算和副作用，都早于左操作数E1的所有值计算和副作用。也就是说在符合C17标准的实现中，这段代码的行为是确定的，输出一定为key:1 value:0。
你测试clang没有复现问题，是因为clang默认启用了更高版本的C标准，而MSVC 2019默认使用C14标准，仍允许两种求值顺序存在。

解决方案 #

如果要保证全平台、全标准版本下行为一致，不要将插入操作和size查询放在同一个赋值语句中，拆分语句明确执行顺序即可：

void dummy(Map& map, Key key)
{
    size_t curr_size = map.size();
    map[key] = curr_size;
}

如果你的项目已经确定使用C++17及更高标准，也可以在MSVC的编译选项中添加/std:c++17或/std:c++20参数，即可得到符合预期的确定结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tm.crz