C 編譯器可以最佳化掉「新」運算子呼叫嗎？

編譯器可以最佳化堆記憶體分配嗎？

考慮以下使用 new 運算子分配記憶體的簡單 C 程式碼：

int main()
{
    int* mem = new int[100];
    return 0;
}

編譯器能否最佳化新的調用，從而避免動態記憶體分配？

編譯器行為

不同的編譯器在這種情況下的行為不同。 g 和 Visual Studio 2015 不會最佳化新調用，而 clang 會最佳化，正如在啟用完全最佳化的測試中觀察到的那樣。

編譯器最佳化原理

根據 N3664 ：澄清記憶體分配，後來成為 C 14 的一部分，允許編譯器圍繞記憶體分配進行最佳化。這種最佳化是基於新調用沒有可觀察到的副作用的假設。

As-If 規則

但是，草案中的 as-if 規則C 標準第 1.9 節要求一致的實現來模擬抽象機的可觀察行為。從 new 中拋出異常會產生明顯的副作用，因此可以認為編譯器不允許最佳化 new 呼叫。

實作細節

On另一方面，可以說何時從 new 拋出異常的決定是實作細節。 Clang 可能會確定分配不會導致異常，因此在不違反 as-if 規則的情況下忽略新呼叫。

非拋出分配

使用new 的非拋出版本 new (std::nothrot) int[100] 仍允許 clang 最佳化分配。這是因為 clang 可能能夠證明不存在可能導致可觀察行為的全域替換運算子 new。

積極優化

在clang 的早期版本中，甚至進行了更積極的優化，如以下程式碼所示：

#include <cstddef>

extern void* operator new(std::size_t n);

template<typename T>
T* create() { return new T(); }

int main() {
    auto result = 0;
    for (auto i = 0; i < 1000000; ++i) {
        result += (create<int>() != nullptr);
    }
    return result;
}

此程式碼已最佳化to:

main:                                   # @main
    movl    00000, %eax          # imm = 0xF4240
    ret

實際上，整個循環都被最佳化掉了。更高版本的 clang 不會執行如此激進的優化。

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