Warum stoppt eine Erhöhung des Optimierungsgrads die Funktion Swap_64?

Optimierungsfalle: Warum die Funktion Swap_64 anhält, wenn die Optimierungsebene erhöht wird

In einer kürzlichen Universitätsvorlesung wurde eine Funktion namens Swap_64 erwähnt vorgestellt, das darauf abzielte, den 64-Bit-Wert durch Manipulation seiner 32-Bit-Segmente auszutauschen. Als jedoch die Optimierungsstufe erhöht wurde, wurde beobachtet, dass sich die Funktion unerwartet verhielt.

Das Optimierungsproblem verstehen

Die Swap_64-Funktion umfasst, wie geschrieben, eine Umwandlung eine vorzeichenlose 64-Bit-Ganzzahl in ein Array aus zwei vorzeichenlosen 32-Bit-Ganzzahlen. Dieser Ansatz verstößt gegen strenge Aliasing-Regeln, die den Zugriff auf ein Objekt über einen Zeiger eines anderen Typs verbieten. In diesem Fall gilt der Zugriff auf die 64-Bit-Ganzzahl über einen Zeiger auf ein Array von 32-Bit-Ganzzahlen als unsicher.

Gemäß dem strikten Aliasing gehen Compiler davon aus, dass Zeiger unterschiedlichen Typs nicht auf denselben Speicher verweisen Standort. Dies ermöglicht aggressive Optimierungen, bei denen davon ausgegangen wird, dass Alias-Speicher unabhängig ist.

Konsequenzen von Verstößen

In der Swap_64-Funktion ist es dem Compiler gestattet, den zu optimieren Zuweisungen an die temporäre Variable tmp. Dies liegt daran, dass davon ausgegangen wird, dass die Zeiger, die für den Zugriff auf die 64-Bit-Ganzzahl und ihre 32-Bit-Segmente verwendet werden, sich nicht gegenseitig aliasen.

Durch das Zulassen dieser Optimierung entfernt der Compiler effektiv den Code, der für den Austausch der Bits verantwortlich ist . Wenn die Optimierungsstufe hoch ist, scheint die Funktion Swap_64 daher nichts zu bewirken, da die Bitmanipulationszuweisungen wegoptimiert werden.

Undefiniertes Verhalten vermeiden

Zur Lösung Um dieses Problem zu lösen und ein korrektes Verhalten auch bei hohen Optimierungsstufen sicherzustellen, ist es wichtig, die Verletzung strenger Aliasing-Regeln zu vermeiden. Dies kann durch die Verwendung einer Union erreicht werden, die es verschiedenen Typen ermöglicht, denselben Speicherort zu belegen.

Fazit

Das Verständnis strenger Aliasing-Regeln ist wichtig, um Undefiniert zu vermeiden Verhalten, das durch Compileroptimierungen verursacht wird. Indem sichergestellt wird, dass auf Objekte nur über kompatible Typen zugegriffen wird, können Entwickler Optimierungen verhindern, die den Programmbetrieb behindern könnten. Der in der bereitgestellten Lösung vorgestellte Union-Ansatz dient als effektive Möglichkeit, die Korrektheit auch unter aggressiven Optimierungseinstellungen zu gewährleisten.

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