gcc C/C++假设没有指针别名问题

Question

最近读到，Fortran在数值计算方面比C/C++更快的主要原因是不存在指针别名。

显然，使用restrict或__restrict__关键字可以逐个案例地指示给定内存元素的无指针别名。

ICC编译器显然有一个选项-fno-alias，它允许全局假定不存在别名。GCC上有-fno-strict-aliasing，它仅适用于所有别名情况的子集。

是否存在GCC中的选项或在使用特定优化标志时假定不存在别名的某些情况？

- vkubicki

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关于GCC的“-fno-strict-aliasing”，你理解是相反的。这个选项会让编译器担心可能存在某些别名。默认情况下，它假设这些别名不存在。 - Pascal Cuoq

restrict 关键字有作用的情况实际上非常罕见，而且通常很明显在哪些情况下它是有用的。这份文档非常详细，强调了加载和存储的顺序也很重要。但正如我之前所说，你将使用这种优化的情况相当明显易见。 - Alexandre C.

我认为GCC没有类似于Intel选项-fno-alias的东西（基本上相当于通过restrict注释来注释每个指针）。我真的希望它有。 - Royi

如果无法排除别名，编译器将无法对数组循环进行矢量化。__restrict 经常用于矢量化数组循环。 - A Fog

Answer 1

GCC有一个选项-fstrict-aliasing，它可以全局启用别名优化，并期望您确保没有出现非法别名。我相信此优化在-O2和-O3下启用。

C++有明确定义的别名规则，符合标准的代码不会与严格别名冲突。特别地，这意味着您不允许通过指向另一种类型的指针来访问一个变量：

float f;
int * p = reinterpret_cast<int*>(&f);  // uh-oh
*p = 0x3FF00000;                       // breaks strict aliasing

这个规则的一个关键例外是，你始终可以通过char类型的指针访问任何变量。（这对于通过IO操作进行序列化是必要的。）

别名规则无法帮助编译器知道同一类型的任何指针是否别名。考虑以下情况：

void add(float * a, float * b, float * c) { *c = *a + *b; }

编译器无法确定 c 是否指向与 a 或 b 不同的内存空间，因此必须小心处理。我认为这就是使用 restrict 的地方，它承诺 float * restrict c 意味着没有别名与 c 相关。

- Kerrek SB

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我认为你的分析是正确的：这正是引入“restrict”关键字的情况。另请参阅http://cellperformance.beyond3d.com/articles/2006/05/demystifying-the-restrict-keyword.html以获取更多详细信息，包括如何编写使用“restrict”指针的函数来提示编译器如何安排加载和存储。 - Alexandre C.

这个答案非常有教育意义，但并没有回答问题。我很难相信除了在应用程序中手动添加“restrict”之外，没有类似于“-fnoalias”的等效选项。 - Saiph

我认为OP所说的是两个不同指针指向同一地址的别名问题，这种情况会防止优化。而GCC标志是关于类型别名，而不是地址别名。除非我读错了文档。 - Royi