为什么Clang会为引用和非空指针参数生成不同的代码？

Question

这与Why can't GCC generate an optimal operator== for a struct of two int32s?相关。我在godbolt.org上玩弄这个问题的代码时，注意到了这个奇怪的行为。

struct Point {
    int x, y;
};

bool nonzero_ptr(Point const* a) {
    return a->x || a->y;
}

bool nonzero_ref(Point const& a) {
    return a.x || a.y;
}

https://godbolt.org/z/e49h6d

对于nonzero_ptr，clang -O3 (所有版本)会生成以下或类似的代码：

    mov     al, 1
    cmp     dword ptr [rdi], 0
    je      .LBB0_1
    ret
.LBB0_1:
    cmp     dword ptr [rdi + 4], 0
    setne   al
    ret

这严格实现了C++函数的短路行为，仅当x字段为零时才加载y字段。

对于nonzero_ref，Clang3.6和更早版本会生成与nonzero_ptr相同代码，但Clang3.7到11.0.1会生成

    mov     eax, dword ptr [rdi + 4]
    or      eax, dword ptr [rdi]
    setne   al
    ret

它会无条件地加载y。当参数是指针时，任何版本的clang都不愿意这样做。为什么？

我能想到的(在x64平台上)分支代码行为明显不同的唯一情况是在[rdi+4]没有内存映射的情况下，但我仍然不确定为什么clang会认为这种情况对于指针而不是引用很重要。我最好的猜测是，有一些语言律师的论点，引用必须是“完整的对象”，而指针不必是：

char* p = alloc_4k_page_surrounded_by_guard_pages();
int* pi = reinterpret_cast<int*>(p + 4096 - sizeof(int));
Point* ppt = reinterpret_cast<Point*>(pi);  // ok???
ppt->x = 42;  // ok???
Point& rpt = *ppt;  // UB???

但如果规范中暗示了这一点，我就看不出怎么做了。

Answer 1

我相信从标准C++的角度来看，编译器可以为两者生成相同的代码，因为标准中没有像您构建的那样的“部分对象”的规定。事实上，它不是一个简单的优化错过了。

可以比较像a->x || b->y这样的代码，编译器确实必须发出分支，因为只要a->x为非零，调用者就可以合法地为b传递空或无效的指针。另一方面，如果a、b是引用，那么根据标准，a.x || b.y应该不需要分支，因为它们必须始终是对有效对象的引用。因此，nonzero_ptr中的“遗漏优化”可能只是编译器没有注意到它可以利用a->x和a->y中的指针是同一个指针这一事实。

或者，clang作为一个扩展，可能会试图生成代码，当您使用非标准功能创建只有一些成员可以访问的对象时，这些代码仍然可以工作。事实上，这只适用于指针，而不适用于引用，这可能是该扩展的一个错误或限制，但我不认为这是任何类型的一致性违规。