为什么优化器不优化这段代码？

Question

使用最大优化设置编译和运行此代码似乎会产生相同的结果。

#include <stdio.h>

class A
{
public:
    A() { }
    const int* begin() const { return a; };
    const int* end() const { printf("end\n"); return a + 3; };
    bool isTrue() const { return true; }
    int a[4];
};

const A a{};

class B
{
public:
  const A& operator[](size_t) const { printf("B called\n"); return a; }
};


int main()
{
    const B b{};
    if (!b[0].isTrue()) return -1;
    for (const auto& x : b[0]) printf("%d\n", x);
}

我对B类型的常量对象调用b两次，operator[]返回A类型的常量对象。

为什么"B叫“被印了两次？为什么代码不能将b保存在一边，并在其上运行不同的功能？(由于这些函数是const函数，它们将返回相同的结果.)

Answer 1

为什么"B叫“会被打印两次？

首先，因为您在main中引用了两次b[0]。而且因为操作符函数中的printf语句指示访问b[0]有副作用。所以编译器不能假设您的printf仅用于调试-它必须对每个调用调用一次。

如果我们删除printf语句并进行计算，就可以看到代码经过了很大的优化，可以在没有任何调用的情况下打印0三次。

优化：https://godbolt.org/z/E8czPdr5W

Answer 2

operator[]和其他函数一样是一个正常的函数，因为C++没有纯函数的概念，所以编译器必须假定每个函数都有副作用。一个这样的副作用是您的printf调用。如果您优化了对operator[]的一个调用，您的程序行为可能会改变(在这里，它只打印一次而不是两次)。想象一下，您将调用数据库或其他重要的东西而不是printf。如果只是经过优化，那就太糟糕了。

还请注意，const成员函数与纯函数并不相同。const意味着它不能修改调用成员函数的实例，但是仍然可以更改全局变量。您甚至无法保证const成员函数不会更改实例的状态，因为您可以在特定条件下丢弃const。