C/C++ strict-aliasing

最近發現了一個奇怪的編譯參數-fno-strict-aliasing，好奇之下做了一點研究；

 

重點參考Understanding C/C++ Strict Aliasing；

所謂的aliasing就是多個變量指向同一塊內存，變量之間互為別名；

strict-aliasing是一種編譯器希望開發者遵守的規則：雖然C/C++變量可以隨便賦值（強制類型轉換），但也請你們收斂一點，別太天馬行空了；

如果開發者按照這個規則寫代碼了，編譯器就可以做更好的代碼優化，比如這個例子：

void foo(double *dblptr)
{
    anint = 1;
    *dblptr = 0;
    bar(anint);
}

如果開發者能夠注意不要把int*轉成double*，bar(anint)可以直接優化成bar(1)；

但沒有任何約束不允許這樣做，因而編譯器不敢做這樣的優化，只能在bar(anint)將anint傳入bar之前加一條匯編指令再讀一下anint的值；

如果開發者確定自己的代碼遵守這樣的規則了，可以在編譯時加一個優化參數-fstrict-aliasing，這個參數在gcc的-O2、-O3、-Os優化級別下都是默認開啟的。

 

然后我對Understanding C/C++ Strict Aliasing文中的兩個主要例子做了一下測試：

例子一：

#include <stdio.h>

int anint;

void bar(int a)
{
    printf("%d\n", a);
}

void foo(double *dblptr)
{
    anint = 1;
    *dblptr = 0;
    bar(anint);
}

int main()
{
    foo((double*)&anint);
    return 0;
}

編譯器版本	編譯參數	結果
gcc 4.4.7	g++	0
	g++ -O3	1
	g++ -O3 -fno-strict-aliasing	0
gcc 4.8.5	g++	0
	g++ -O3	1
	g++ -O3 -fno-strict-aliasing	0
gcc 7.3.0	g++	0
	g++ -O3	1
	g++ -O3 -fno-strict-aliasing	0

 可以看到，這個case被gcc編譯器優化壞了，可以用-fno-strict-aliasing規避；

 

例子二：

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned short uint16_t;

uint32_t swaphalves(uint32_t a) {
  uint32_t acopy = a;
  uint16_t *ptr = (uint16_t*)&acopy;// can't use static_cast<>, not legal.
                                    // you should be warned by that.
  uint16_t tmp = ptr[0];
  ptr[0] = ptr[1];
  ptr[1] = tmp;
  return acopy;
}

int main() {
  uint32_t a;
  a = 32;
  cout << hex << setfill('0') << setw(8) << a << endl;
  a = swaphalves(a);
  cout << setw(8) << a << endl;
}

編譯器版本	編譯參數	結果
gcc 4.4.7	g++	00000020 00200000
	g++ -O3	00000020 00000020
gcc 4.8.5	g++	00000020 00200000
	g++ -O3	00000020 00200000
gcc 7.3.0	g++	00000020 00200000
	g++ -O3	00000020 00200000

發現這個case有點意思，只在4.4版本的編譯器上會出現問題，高版本編譯器上已經修正了。

沒有精力再深入研究，就到此為止。

 

最后再貼上strict aliasing的規則說明，下面這篇文章給出了較好的中文翻譯，而且作者顯然比我研究的更深入，我就直接抄過來了：

https://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6720141

• 兼容類型(指相同類型？)或差別僅在於signed、unsigned、const、volatile的類型（比如 const unsigned long *和 long*）
• 聚合類型(struct或class)或聯合類型(union)可以alias它們所包含的類型（比如 int 和 包含有int的結構體(包括間接包含)）
• 字符類型(char *、signed char*、unsinged char*)可以 alias 任何類型的指針
• [C++] 基類的類型(可能帶有const、volatile等cv修飾)可以alias派生類的類型