Comment les optimisations du compilateur peuvent-elles conduire à un comportement de fonction non défini et comment cela peut-il être évité ?

Optimisation et comportement des fonctions : résoudre le comportement des fonctions non défini

Dans le domaine de la programmation, atteindre des performances optimales s'accompagne souvent d'un compromis. L'un de ces compromis est le potentiel de comportement imprévu des fonctions dû aux optimisations du compilateur. Pour illustrer ce phénomène, examinons un scénario spécifique impliquant la fonction suivante :

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

    return tmp;
}

Au départ, cette fonction fonctionnait sans effort dans le code de production. Cependant, après avoir activé des niveaux d’optimisation élevés, il a inexplicablement cessé de fonctionner. Les optimisations agressives du compilateur ont éliminé par inadvertance toutes les affectations à la variable temporaire tmp, rendant la fonction essentiellement inutile.

En examinant la cause de ce comportement, le coupable réside dans la violation de règles strictes d'alias. Ces règles interdisent d'accéder à un objet via un pointeur d'un type différent. Dans ce cas, le code manipule x via les pointeurs u64 et u32, une violation que le compilateur suppose pouvoir optimiser en toute sécurité.

Le code résultant invoque un comportement non défini, ce qui signifie que le compilateur est libre de se comporter de manière imprévisible. manière. En conséquence, le comportement attendu de la fonction est compromis, conduisant à l'échec observé.

Pour atténuer ce problème et garantir des performances de fonction cohérentes à travers les niveaux d'optimisation, les règles strictes d'alias doivent être respectées. Une solution efficace consiste à créer des jeux de mots via une union, une technique qui permet d'accéder à un objet via plusieurs types tout en maintenant la conformité du compilateur.

Dans le contexte de la fonction donnée, l'emploi d'une union pour réaliser ce jeu de mots serait implique le code suivant :

typedef union {
    uint32_t u32;
    uint16_t u16[2];
} U32;

uint32_t Swap_64(uint32_t arg) {
    U32 in;
    uint16_t lo;
    uint16_t hi;

    in.u32 = arg;
    hi = in.u16[0];
    lo = in.u16[1];
    in.u16[0] = lo;
    in.u16[1] = hi;

    return in.u32;
}

En adhérant à des règles d'alias strictes, ce code révisé garantit que le comportement attendu de la fonction est préservé même sous un compilateur agressif optimisations.

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