Warum unterbricht die Compiler-Optimierung diesen 64-Bit-Integer-Swapping-Code?

Optimierungsfalle im Speichermanipulationscode

In einem aktuellen Vortrag wurde ein Codierungskonstrukt vorgestellt, das zu unerwartetem Verhalten führte, wenn Optimierungen aktiviert wurden. Der Code hat versucht, die 32-Bit-Wörter innerhalb einer 64-Bit-Ganzzahl auszutauschen.

<br>inline u64 Swap_64(u64 x)<br>{</p>
<div class="code" style="position:relative; padding:0px; margin:0px;"><pre class="brush:php;toolbar:false">u64 tmp;
(*(u32*)&amp;tmp)       = Swap_32(*(((u32*)&amp;x)+1));
(*(((u32*)&amp;tmp)+1)) = Swap_32(*(u32*) &amp;x);

return tmp;

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}

Anfangs interpretiert als Da es sich um ein Problem mit dem Codierungsstil handelte, behauptete der Dozent, dass eine Optimierung den Code unwirksam machen würde. Ein Grund für dieses Verhalten wurde in Frage gestellt.

Verstoß gegen strenge Aliasing-Regeln

Die Ursache des Problems liegt in der Verletzung strenger Aliasing-Regeln. Diese Regeln schreiben vor, dass auf einen Speicherort nur über einen Zeiger eines kompatiblen Typs zugegriffen werden kann. Im angegebenen Code verstoßen Zugriffe auf ein 32-Bit-Wort in einer 64-Bit-Ganzzahl über Zeiger verschiedener Typen gegen diese Regel.

Aliasing und undefiniertes Verhalten

Die Der Compiler darf basierend auf der strengen Aliasing-Regel optimieren, vorausgesetzt, dass kein Aliasing zwischen Zeigern unterschiedlicher Typen erfolgt. Folglich werden die Zuweisungen an die temporäre Variable tmp als unnötig eliminiert, was zu keiner Änderung an x ​​führt.

Striktes Aliasing verstehen

Um dieses Problem anzugehen, ist ein tiefes Verständnis erforderlich von striktem Aliasing ist entscheidend. Der C99-Standard definiert striktes Aliasing in Abschnitt 6.5, Absatz 7. Diese Regel stellt sicher, dass auf den gespeicherten Wert eines Objekts ausschließlich über Ausdrücke zugegriffen wird, die mit seinem effektiven Typ kompatibel sind.

Alternative Lösungen

Um diese Optimierungsfalle zu umgehen, gibt es mehrere Lösungen. Ein Ansatz besteht darin, Typ-Wortspiele über eine Union zu verwenden. Mit dieser Technik können mehrere Datentypen denselben Speicherplatz gemeinsam nutzen, ohne gegen Aliasing-Regeln zu verstoßen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Optimierung das Verhalten des Codes tiefgreifend beeinflussen kann. Das Verständnis von Konzepten wie striktem Aliasing ist von größter Bedeutung, um unbeabsichtigte Folgen bei der Anwendung von Optimierungen zu vermeiden.

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