为啥从 constexpr 引用生成的汇编代码与 constexpr 指针不同？

Posted 2023-03-28

【中文标题】为啥从 constexpr 引用生成的汇编代码与 constexpr 指针不同？

【英文标题】：Why is different assembly code generated from a constexpr reference than a constexpr pointer?为什么从 constexpr 引用生成的汇编代码与 constexpr 指针不同？

【发布时间】：2020-09-08 07:17:22

【问题描述】：

我用 MSVC /O2 和 clang 编译了以下程序：

int            i;
constexpr int& ir = i;
constexpr int* ip = &i;


int main()

    ir  = 1;
    *ip = 2;

MSVC /O2                           clang
===========================        =============================================
int i DD 01H DUP (?) ; i           i:
_DATA SEGMENT                              .long   0                       # 0x0
int & ir DQ FLAT:int i ; ir
_DATA ENDS                         ir:
                                           .quad   i

两个编译器都从ir 生成汇编代码，但不是从ip 生成的（上面省略了main 的代码）。请参阅godbolt。为什么ir 和ip 不同？我了解到，汇编代码中的引用和指针是相同的。

Gcc 做了一件更奇怪的事情。我用 gcc -O0 和 -O2 编译了以下程序：

int            i;

constexpr int& ir1   = i;
constexpr int* ir1p1 = &i;

constexpr int& ir2   = i;
constexpr int* ir2p1 = &i;
constexpr int* ir2p2 = &i;

constexpr int& ir3   = i;
constexpr int* ir3p1 = &i;
constexpr int* ir3p2 = &i;
constexpr int* ir3p3 = &i;

gcc -O0            gcc -O2
=========          ==================
i:                 ir3:
  .zero 4                   .quad   i
ir1:               ir2:
  .quad i                   .quad   i
  .quad i          ir1:
ir2:                        .quad   i
  .quad i          i:
  .quad i                   .zero   4
  .quad i
ir3:
  .quad i
  .quad i
  .quad i
  .quad i

有了-O0，为什么引用变量下面会有几个.quad i？ -O2 代码是从引用生成的，而不是从指针生成的。为什么会有这种差异？请参阅godbolt。

【问题讨论】：

你为什么期望相同的代码？你认为指针和引用是一回事吗？

@StephenM.Webb：我认为也有相似之处和不同之处，但在汇编代码中我从未看到它们之间有任何区别。因此，问题出现了：当前的差异是必要的还是只是在更复杂的实现中的疏忽？

不同的编译器生成不同的代码； 11 点的新闻。如果有多种方法可以生成导致相同结果的代码，C++ 标准将其留给实现来选择一种。对于将生成哪些实际指令，您没有保证，只有它们将实现原始源指定的行为（当然，除非存在未定义的行为，那么所有的赌注都没有了）。

在我看来，这确实像是编译器优化失败。可能是因为 constexpr 引用并没有真正意义，而且应该很少见。

"使用 -O0 为什么引用变量下有几个 .quad i ？" - 也许它使调试器更容易？毕竟，这是-O0 最关心的问题。

【参考方案1】：

除了指令问题，这只是链接：constexpr 暗示const（在变量本身上，而不是在其所指对象上，如果有的话），从而将internal linkage 提供给您的指针。 （这是一个 hack，允许在 C++17 的内联变量之前的头文件中使用命名空间范围命名的常量；不幸的是，我们现在必须记住它。）由于没有其他翻译单元可以引用它们，因此无需发出符号；但是，这些引用可以在其他地方声明和使用：

extern int &ir;
void count() ++ir;

因此必须有一个符号来附加这些用途。

【讨论】：

extern int& ir 没有链接到constexpr int& ir = i;。我得到了未解决的外部符号。所以我认为，后者毕竟是有内在联系的。不能在其他翻译单元中使用。

@Dr.Gut：它works for me。

我很惊讶，它适用于 gcc。它不适用于 MSVC 和 clang。我不明白，为什么。

确实有效。当我切换编译器时，我忘记在编译中添加def.cc。如何创建指向魔杖盒程序的链接？

@Dr.Gut：当你运行它时，一个共享链接会出现在输出窗口的正上方。