コンパイラーの最適化によって関数の未定義の動作がどのように引き起こされるのか、またこれを回避するにはどうすればよいでしょうか?

最適化と関数の動作: 未定義の関数の動作に対処する

プログラミングの領域では、最適なパフォーマンスの達成には多くの場合トレードオフが伴います。そのような妥協の 1 つは、コンパイラーの最適化による予期せぬ関数の動作の可能性です。この現象を説明するために、次の関数を含む特定のシナリオを詳しく調べてみましょう:

inline u64 Swap_64(u64 x) {
    u64 tmp;
    (*(u32*)&tmp) = Swap_32(*(((u32*)&x)+1));
    (*(((u32*)&tmp)+1)) = Swap_32(*(u32*)&x);

    return tmp;
}

当初、この関数は運用コードで簡単に動作していました。ただし、高い最適化レベルを有効にすると、どういうわけか機能しなくなりました。コンパイラの積極的な最適化により、一時変数 tmp へのすべての代入が誤って削除され、関数が実質的に役に立たなくなりました。

この動作の背後にある原因を詳しく調べると、犯人は厳密なエイリアシング ルールの違反にあります。これらのルールは、異なる型のポインターを介してオブジェクトにアクセスすることを禁止します。この例では、コードは u64 と u32 の両方のポインターを介して x を操作しますが、これはコンパイラーが最適化しても安全であると想定している違反です。

結果のコードは未定義の動作を呼び出します。つまり、コンパイラーはあらゆる予測不可能な動作を自由に行うことができます。やり方。その結果、期待される関数の動作が損なわれ、観察される障害が発生します。

この問題を軽減し、最適化レベル全体で一貫した関数のパフォーマンスを確保するには、厳密なエイリアス ルールを遵守する必要があります。効果的な解決策の 1 つは、共用体を使用した型替えです。これは、コンパイラへの準拠を維持しながら、複数の型を介してオブジェクトにアクセスできるようにする手法です。

指定された関数のコンテキストで、この型替えを実現するために共用体を使用すると、次のようになります。次のコードが含まれます:

typedef union {
    uint32_t u32;
    uint16_t u16[2];
} U32;

uint32_t Swap_64(uint32_t arg) {
    U32 in;
    uint16_t lo;
    uint16_t hi;

    in.u32 = arg;
    hi = in.u16[0];
    lo = in.u16[1];
    in.u16[0] = lo;
    in.u16[1] = hi;

    return in.u32;
}

厳密なエイリアス規則を遵守することにより、この改訂されたコードは、アグレッシブなコンパイラ下でも期待される関数の動作が確実に保持されるようにします。最適化。

以上がコンパイラーの最適化によって関数の未定義の動作がどのように引き起こされるのか、またこれを回避するにはどうすればよいでしょうか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。