严格的别名规则如何影响 C/C 代码中的编译器优化？

严格的别名规则和函数优化

考虑以下函数：

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

    return tmp;
}

虽然它看起来无害，当启用优化时，此代码会表现出可疑行为。编译器似乎“优化掉”了对临时变量 tmp 的赋值。要理解为什么会发生这种情况，我们必须深入研究“严格别名规则”。

严格别名

严格别名规则规定通过 a 的指针访问对象即使指针指向同一内存，不同类型也是非法的。这允许编译器假设不同类型的指针不会别名（重叠）并相应地进行优化。考虑问题中提供的示例。

在 Swap_64 中，tmp 的类型为 u64，而 x 的类型为 u32。编译器将 &x 解释为指向 u32 对象的指针。根据严格的别名规则，通过指向 u64 对象 (&tmp) 的指针访问该内存是非法的。

优化和未定义行为

当高级时启用优化后，编译器注意到对 tmp 的分配可以被优化，因为它指向的内存实际上并未被修改。这种优化属于编译器的权限，因为严格的别名规则将允许编译器假设 &x 和 &tmp 指向不同的内存。

但是，这种优化依赖于这样的假设：&x 和 &tmp 指向不同的内存。 &x 不通过不同类型的指针访问。通过违反严格的别名规则，代码引入了未定义的行为。在这种情况下，编译器可以自由地做任何它想做的事情，包括看似无害的操作，例如优化分配。因此，当启用优化时，代码将停止按预期运行。

解决方案

要解决此问题，必须确保不违反严格的别名规则。一种方法是使用联合将 x 的位重新解释为 u64。这确保了通过适当的类型访问相同的内存，避免违反严格的别名规则，并允许代码即使在启用优化的情况下也能正确运行。

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