有没有一种方法可以使Rust将指针视为非别名，以便它可以将它们标记为LLVM优化器的“noalias”？

Question

以下是指针别名的示例：

pub unsafe fn f(a: *mut i32, b: *mut i32, x: *const i32) {
  *a = *x;
  *b = *x;
}

经过 -C opt-level=s 编译，会生成以下汇编代码：

example::f:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     eax, dword ptr [rdx]
        mov     dword ptr [rdi], eax
        mov     eax, dword ptr [rdx]
        mov     dword ptr [rsi], eax
        pop     rbp
        ret

请注意x被解引用了两次，LLVM没有将其视为noalias。我的第一个想法是避免在赋值中使用指针，而是使用安全的引用（因为这些引用“遵循LLVM的作用域noalias模型”），以提示优化器：

pub fn g(a: *mut i32, b: *mut i32, x: *const i32) {
  let safe_a = unsafe { &mut *a };
  let safe_b = unsafe { &mut *b };
  let safe_x = unsafe { &*x };
  *safe_a = *safe_x;
  *safe_b = *safe_x;
}

但是不幸的是，这会产生完全相同的结果。 safe_x 仍会被解引用两次。

我知道这个示例代码很愚蠢。参数可以很容易地更改为&i32 / &mut i32，或者我可以只解引用x一次，并将其存储在临时变量中，该变量用于赋值。这里的代码只是一个超级简单的别名测试，我对我的问题所问的更广泛的情况感兴趣。

- Cornstalks

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有趣的是，如果我使用&mut i32、&mut i32、&i32作为原型，那么noalias属性将附加到x上。我似乎记得noalias不会被主动传递给LLVM，因为存在需要先澄清unsafe语义，然后再应用优化的担忧，以免LLVM“破坏”代码。 - Matthieu M.

可能相关：Unique<T> - Lukas Kalbertodt

记录一下，我在这里报告了优化不足的问题 issue #38941。 - Cornstalks

@MatthieuM：您是否在考虑[问题＃31681]（https://github.com/rust-lang/rust/issues/31681）？确实，由于LLVM中的错误（最近已经修复），一些引用未标记为“noalias”，但并非所有引用都是如此。有些仍然可以标记为“noalias”。 - Cornstalks

Answer 1

如果需要安全引用，请将其包装在函数或闭包中：

pub unsafe fn f(a: *mut i32, b: *mut i32, x: *const i32) {
    (|safe_a: &mut i32, safe_b: &mut i32, safe_x: &i32| {
        *safe_a = *safe_x;
        *safe_b = *safe_x;
    })(&mut *a, &mut *b, &*x)
}

这会产生所需的非锯齿行为：

example::f:
        movl    (%rdx), %eax
        movl    %eax, (%rdi)
        movl    %eax, (%rsi)
        retq

- orlp

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函数/闭包是不必要的。你所做的只是将原始指针转换为引用。这并不真正展示如何将指针视为非别名，而只是展示了如何将指针转换为引用。 - Shepmaster

@Shepmaster 这不是真的 - 比较汇编代码。在你的例子中，safe_x 被加载了两次 - 这证明了引用 不是 被认为是非别名的。闭包是必要的。 - orlp

嗯，我明白你的意思。那似乎是一个错误（限制？）按照定义，引用不应该有别名。在寻找问题时，我发现了由OP提交的问题! - Shepmaster

是的，抱歉，我应该在我的OP中更明确地表述（这就是我所说的“参数可以很容易地改为&i32/&mut i32”以及Matthieu M.评论所指的内容）。目前，据我所知，noalias仅适用于参考函数参数。尽管如此，我想这也是一个完全有效的答案。 - Cornstalks