嚴格的別名規則如何影響 C/C 程式碼中的編譯器最佳化？

嚴格的別名規則和函數最佳化

考慮以下函數：

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

    return tmp;
}

雖然它看起來無害，當啟用最佳化時，此程式碼會表現出可疑行為。編譯器似乎「優化掉」了對臨時變數 tmp 的賦值。要理解為什麼會發生這種情況，我們必須深入研究「嚴格別名規則」。

嚴格別名

嚴格別名規則規定通過 a 的指針訪問對象即使指針指向同一內存，不同類型也是非法的。這允許編譯器假設不同類型的指標不會別名（重疊）並相應地進行最佳化。考慮問題中提供的範例。

在 Swap_64 中，tmp 的型別為 u64，而 x 的型別為 u32。編譯器將 &x 解釋為指向 u32 物件的指標。根據嚴格的別名規則，透過指向 u64 物件 (&tmp) 的指標存取該記憶體是非法的。

最佳化和未定義行為

當高級時啟用最佳化後，編譯器注意到對tmp 的分配可以被最佳化，因為它指向的記憶體實際上並未被修改。這種最佳化屬於編譯器的權限，因為嚴格的別名規則將允許編譯器假設 &x 和 &tmp 指向不同的記憶體。

但是，這種最佳化依賴於這樣的假設：&x 和 &tmp 指向不同的記憶體。 &x 不透過不同類型的指標存取。透過違反嚴格的別名規則，程式碼引入了未定義的行為。在這種情況下，編譯器可以自由地做任何它想做的事情，包括看似無害的操作，例如最佳化分配。因此，當啟用優化時，程式碼將停止按預期運行。

解決方案

要解決此問題，必須確保不違反嚴格的別名規則。一種方法是使用聯合將 x 的位元重新解釋為 u64。這確保了透過適當的類型存取相同的內存，避免違反嚴格的別名規則，並允許程式碼即使在啟用優化的情況下也能正確運行。

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