The as-if rule

允许任何不改变程序可观察行为的代码转换。

说明

可观察行为 的程序包括以下内容：

• 发送到交互设备的提示文本将在程序等待输入之前显示。
• 若支持 ISO C 编译指示 #pragma STDC FENV_ACCESS 且其设置为 ON ，则对 浮点环境 （浮点异常和舍入模式）的更改将确保被浮点算术运算符和函数调用所遵循，如同按书写顺序执行，但以下情况除外：
  • 除强制转换和赋值外的任何浮点表达式的结果可能具有与表达式类型不同的浮点类型的范围和精度（参见 FLT_EVAL_METHOD ），
  • 尽管有上述规定，任何浮点表达式的中间结果可能以无限范围和精度进行计算（除非 #pragma STDC FP_CONTRACT 设置为 OFF ）。

注释

由于编译器（通常）无法分析外部库的代码以确定其是否执行I/O或易失性访问，第三方库调用也不会受到优化的影响。然而，标准库调用在优化过程中可能被其他调用替换、消除或添加到程序中。静态链接的第三方库代码可能受到链接时优化的影响。

具有未定义行为的程序在使用不同优化设置重新编译时，常会改变可观察行为。例如，若对带符号整数溢出的检测依赖于该溢出的结果，如 if ( n + 1 < n ) abort ( ) ; ， 某些编译器会完全移除该检测 ，因为 带符号溢出属于未定义行为 ，优化器可假定其永远不会发生，故而该检测是冗余的。

复制消除 是as-if规则的例外情况：编译器可以移除对移动构造函数和复制构造函数的调用，以及临时对象析构函数的匹配调用，即使这些调用具有可观察的副作用。

浮点异常的计数和顺序可以通过优化改变，只要从下一次浮点操作观察到的状态如同未进行优化：

#pragma STDC FENV_ACCESS ON
for (i = 0; i < n; ++i)
    x + 1; // x + 1 是无效代码，但可能触发浮点异常
           // （除非优化器能证明不会触发）。然而，执行 n 次
           // 将重复触发相同异常。因此可优化为：
if (0 < n)
    x + 1;

示例

int& preinc(int& n) { return ++n; }
int add(int n, int m) { return n + m; }
// 使用volatile输入防止常量折叠
volatile int input = 7;
// 使用volatile输出使结果成为可见的副作用
volatile int result;
int main()
{
    int n = input;
// 使用内置运算符会引发未定义行为
//  int m = ++n + ++n;
// 但使用函数可确保代码按非重叠方式执行
    int m = add(preinc(n), preinc(n));
    result = m;
}

# GCC编译器生成的主函数完整代码
# x86 (Intel) 平台：
        movl    input(%rip), %eax   # eax = input
        leal    3(%rax,%rax), %eax  # eax = 3 + eax + eax
        movl    %eax, result(%rip)  # result = eax
        xorl    %eax, %eax          # eax = 0 (main函数的返回值)
        ret
# PowerPC (IBM) 平台：
        lwz 9,LC..1(2)
        li 3,0          # r3 = 0 (main函数的返回值)
        lwz 11,0(9)     # r11 = input;
        slwi 11,11,1    # r11 = r11 << 1;
        addi 0,11,3     # r0 = r11 + 3;
        stw 0,4(9)      # result = r0;
        blr
# Sparc (Sun) 平台：
        sethi   %hi(result), %g2
        sethi   %hi(input), %g1
        mov     0, %o0                 # o0 = 0 (main函数的返回值)
        ld      [%g1+%lo(input)], %g1  # g1 = input
        add     %g1, %g1, %g1          # g1 = g1 + g1
        add     %g1, 3, %g1            # g1 = 3 + g1
        st      %g1, [%g2+%lo(result)] # result = g1
        jmp     %o7+8
        nop
# 所有情况下，preinc()的副作用均被消除，
# 整个main()函数被简化为等效的 result = 2 * input + 3;

参见

• 复制消除