C 編譯器可以最佳化堆記憶體分配嗎？

最佳化器對堆疊記憶體分配的看法

在 C 領域，問題出現了：編譯器可以最佳化堆記憶體分配嗎？讓我們深入研究這個有趣的主題。

考慮以下程式碼片段：

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

編譯器是否有權利刪除新呼叫？根據我們的研究，g 和 Visual Studio 迴避這種最佳化，而 clang 則擁抱它。這種差異引出了一個問題：new 是否依賴底層系統調用，導致編譯器最佳化不切實際且不允許？

編譯器的理由

為了澄清這個難題，我們必須承認 N3664 的作用，該提案允許編譯器圍繞記憶體分配進行最佳化。然而，這種優化是在 N3664 之前構思的，引發了對其有效性的質疑。

為了回答這個問題，我們轉向「as-if」規則，這是 C 標準的一個基本面向。該規則允許實現偏離特定要求，只要它們保持程序的可觀察行為即可。

由於 new 可能會引發異常，從而改變程式的回傳值，因此「as-if」規則似乎禁止它的最佳化。然而，編譯器可能認為異常處理是實作細節，在這種情況下，不會觸發異常。因此，消除 new 呼叫不會違反“as-if”規則。

此外，「as-if」規則擴展到 new 的非拋出版本。然而，在單獨的翻譯單元中存在新的替代運算子可能會影響可觀察的行為。因此，編譯器必須確保不存在這種情況才能安全地執行此最佳化。

Clang 的激進方法

以前的 clang 版本即使在這種情況下也進行了優化，但後來版本變得更加謹慎。

總之，編譯器可以利用最佳化堆記憶體分配，包括使用 new 進行的分配。然而，這種優化必須遵守「as-if」規則的細微差別以及 C 異常處理機制的複雜性。

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