未定义的LLVM IR取决于数组大小

Question

我看到一个未定义的行为取决于本地数组的大小。对于下面的代码：

    int wbExecute_simple(char nInput, char add_pattern)
    {
        char test_array[4] = { 0xa, 0xb, 0xc, 0xd };
        int i = 0;
        for (; i < 4; ++i)
        {
            test_array[i] ^= nInput;
        }
        return (test_array[nInput] + add_pattern);
    }

第一行的LLVM IR表示为：

    lbl_0_wb3954:
    %local_0_wb3954 = alloca [4 x i8], align 1
    %local_1_wb3954 = bitcast [4 x i8]* %local_0_wb3954 to i32*, !dbg !7
    %local_2_wb3954 = bitcast [4 x i8]* @global_0_wb3954 to i32*
    %local_3_wb3954 = load i32* %local_2_wb3954, align 1, !dbg !7
    store i32 %local_3_wb3954, i32* %local_1_wb3954, align 1, !dbg !7
    br label %lbl_1_wb3954, !dbg !8

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数组大小为2也会产生类似的结果。但是，将数组的大小从4改为3，如下所示：

​

    int wbExecute_simple(char nInput, char add_pattern)
    {
        char test_array[3] = { 0xa, 0xb, 0xc };
        int i = 0;
        for (; i < 3; ++i)
        {
        test_array[i] ^= nInput;
        }
        return (test_array[nInput] + add_pattern);
    }

​

收益率

    define i32 @wbExecute_simple(i8 signext %nInput, i8 signext %add_pattern) #0 {
        lbl_0_wb3954:
        %local_0_wb3954 = alloca [3 x i8], align 1
        %local_1_wb3954 = getelementptr inbounds [3 x i8]* %local_0_wb3954, i32 0, i32 0, !dbg !7
        %local_2_wb3954 = getelementptr [3 x i8]* @global_0_wb3954, i32 0, i32 0
        call void @llvm.memcpy.p0i8.p0i8.i32(i8* %local_1_wb3954, i8* %local_2_wb3954, i32 3, i32 1, i1 false), !dbg !7
        br label %lbl_1_wb3954, !dbg !8

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是否有任何优化标志来使两个大小的数组的LLVM IR相同？

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Answer 1

我不确定你所说的未定义行为是什么意思。这看起来像是一个合法的编译器优化。

当数组的长度为4时，编译器通过复制单个整数来代替复制数组，因为这也具有4的大小，并且可以在一次操作中完成。我假设对于第二个大小，它将复制一个16位整数。

您的系统可能不支持任何24位整数，因此编译器决定不对大小为3的整数进行优化，而是将memcpy保留在内部。请注意，如果没有处理器和内存系统支持的"int24“类型，这种优化对于大小为3的数组是没有意义的。编译器后端可能会有进一步的优化，以改进剩余的memcpy固有特性，这取决于它在目标计算机上是否有意义。

我将对生成的IR进行注释，以阐明代码的作用：

   lbl_0_wb3954:
    // allocate the local array
    %local_0_wb3954 = alloca [4 x i8], align 1
    // cast the address of the local array to an integer pointer
    %local_1_wb3954 = bitcast [4 x i8]* %local_0_wb3954 to i32*, !dbg !7
    // cast the address of the constant array {  0xa, 0xb, 0xc, 0xd } to an integer pointer
    %local_2_wb3954 = bitcast [4 x i8]* @global_0_wb3954 to i32*
    // load the constant array as a 32 bit integer
    %local_3_wb3954 = load i32* %local_2_wb3954, align 1, !dbg !7
    // store the value to the local array
    store i32 %local_3_wb3954, i32* %local_1_wb3954, align 1, !dbg !7
    br label %lbl_1_wb3954, !dbg !8

我不认为这种类型的优化可以轻易地强制长度为3。

例如，传递-O2将导致长度为3的循环完全展开，并删除静态初始化，有利于将常量0xa、0xb和0xc内联到code中，大小为4的代码看起来类似。

  %3 = alloca [3 x i8], align 1
  // compute address of first array element
  %4 = getelementptr inbounds [3 x i8], [3 x i8]* %3, i64 0, i64 0, !dbg !22
  // compute 0xa ^ nInput;
  %5 = xor i8 %0, 10, !dbg !25
  // store the result
  store i8 %5, i8* %4, align 1, !dbg !25, !tbaa !29

  // do the same for the second and third elements
  %6 = getelementptr inbounds [3 x i8], [3 x i8]* %3, i64 0, i64 1, !dbg !32
  %7 = xor i8 %0, 11, !dbg !25
  store i8 %7, i8* %6, align 1, !dbg !25, !tbaa !29
  %8 = getelementptr inbounds [3 x i8], [3 x i8]* %3, i64 0, i64 2, !dbg !32
  %9 = xor i8 %0, 12, !dbg !25
  store i8 %9, i8* %8, align 1, !dbg !25, !tbaa !29