コンパイラの最適化によってこの 64 ビット整数スワッピング コードが破壊されるのはなぜですか?

メモリ操作コードにおける最適化の落とし穴

最近の講義では、最適化が有効になっているときに予期しない動作を引き起こすコーディング構造が紹介されました。コードは、64 ビット整数内の 32 ビット ワードを交換しようとしました。

<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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}

当初はコーディング スタイルの問題として解釈されていましたが、講師は、最適化によってコードが無効になると主張しました。この動作の理由が疑問視されました。

厳密なエイリアシング ルールの違反

問題の原因は、厳密なエイリアシング ルールの違反にあります。これらの規則は、互換性のある型のポインタを介してのみメモリ位置にアクセスできることを規定します。指定されたコードでは、さまざまな型のポインターを介して 64 ビット整数内の 32 ビット ワードにアクセスすると、このルールに違反します。

エイリアシングと未定義の動作

コンパイラは、異なる型のポインター間にエイリアシングがないことを前提として、厳密なエイリアシング ルールに基づいて最適化することが許可されています。その結果、一時変数 tmp への代入は不要として削除され、x は変更されません。

厳密なエイリアシングについて

この問題に対処するには、深く理解する必要があります。厳密なエイリアシングが重要です。 C99 標準では、セクション 6.5、段落 7 で厳密なエイリアシングを定義しています。このルールにより、オブジェクトの格納値は、その有効な型と互換性のある式を通じてのみアクセスされることが保証されます。

代替ソリューション

この最適化の落とし穴を回避するには、いくつかの解決策が存在します。 1 つのアプローチは、共用体による型の語呂合わせを使用することです。この手法により、複数のデータ型がエイリアシング ルールに違反することなく同じメモリ空間を共有できるようになります。

結論として、最適化はコードの動作に大きな影響を与える可能性があります。最適化の適用時に意図しない結果が生じることを避けるためには、厳密なエイリアシングなどの概念を理解することが最も重要です。

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