C,C++和Java中的提升/重新排序:变量声明必须始终位于上下文中吗？

Question

我读了一些关于提升和重新排序的内容,因此似乎Java VM可能会选择提升某些表达式.我还读到了在Javascript中提升函数声明的问题.

第一个问题: 有人可以确认在C,C++和Java中是否通常存在提升？或者它们都依赖于编译器/优化？

我读了很多示例C代码,它们总是在任何断言或边界条件之前将变量声明置于顶部.我认为在变量声明之前执行所有断言和边界情况会更快一些,因为函数可能只是终止.

主要问题: 变量声明必须始终在上下文中排在最前面吗？(这里有提升工作吗？)或者编译器是否通过首先检查这些独立的断言和边界情况(在无关变量声明之前)来自动优化代码？

这是一个相关的例子:

void MergeSort(struct node** headRef) {
    struct node* a;
    struct node* b;
    if ((*headRef == NULL) || ((*headRef)->next == NULL)) {
        return;
    }
    FrontBackSplit(*headRef, &a, &b);
    MergeSort(&a);
    MergeSort(&b);
    *headRef = SortedMerge(a, b);
}

如上所示,边界情况不依赖于变量"a"和"b".因此,将边界情况放在变量声明之上会使它稍快一些吗？

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更新:

上面的例子并不像我希望的那样好,因为变量"a"和"b"只是声明,而不是在那里初始化.在我们确实需要使用它们之前,编译器会忽略声明.

我通过初始化检查了GNU GCC程序集的变量声明,程序集具有不同的执行顺序.编译器没有改变我对独立断言和边界情况的排序. 因此,重新排序这些断言和边界情况会改变程序集,从而改变机器运行它们的方式.

我认为差异是微不足道的,大多数人从不关心这一点.

Answer 1

编译器可以根据需要重新排序/修改您的代码，只要修改后的代码在顺序执行时与原始代码等效。所以吊装是允许的，但不是必需的。这是一种优化，它完全是特定于编译器的。

C++ 中的变量声明可以随心所欲。在 C 中，它们曾经必须在上下文中处于首位，但是当引入 c99 标准时，规则放宽了，现在它们可以随心所欲，类似于 C++。尽管如此，许多 c 程序员仍然坚持将它们放在上下文中。

在您的示例中，编译器可以自由地将 if 语句移到顶部，但我认为不会。这些变量只是在堆栈上声明并且未初始化的指针，声明它们的成本很小，而且在函数的开头而不是在断言之后创建它们可能更有效。

如果您的声明会涉及任何副作用，例如

struct node *a = some_function();

那么编译器将限制它可以重新排序的内容。

编辑：

我用这个简短的程序在实践中检查了 GCC 的循环提升：

#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
    int dummy = 2 * argc;
    int i = 1;
    while (i<=10 && dummy != 4)
        printf("%d\n", i++);
    return 0;
}

我用这个命令编译了它：

gcc -std=c99 -pedantic test.c -S -o test.asm

这是输出：

    .file   "test.c"
    .def    ___main;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .section .rdata,"dr"
LC0:
    .ascii "%d\12\0"
    .text
    .globl  _main
    .def    _main;  .scl    2;  .type   32; .endef
_main:
LFB7:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    call    ___main
    movl    8(%ebp), %eax
    addl    %eax, %eax
    movl    %eax, 24(%esp)
    movl    $1, 28(%esp)
    jmp L2
L4:
    movl    28(%esp), %eax
    leal    1(%eax), %edx
    movl    %edx, 28(%esp)
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    $LC0, (%esp)
    call    _printf
L2:
    cmpl    $10, 28(%esp)
    jg  L3
    cmpl    $4, 24(%esp)
    jne L4
L3:
    movl    $0, %eax
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc
LFE7:
    .ident  "GCC: (GNU) 4.8.2"
    .def    _printf;    .scl    2;  .type   32; .endef

然后我用这个命令编译它：

gcc -std=c99 -pedantic test.c -O3 -S -o test.asm

这是输出：

    .file   "test.c"
    .def    ___main;    .scl    2;  .type   32; .endef
    .section .rdata,"dr"
LC0:
    .ascii "%d\12\0"
    .section    .text.startup,"x"
    .p2align 4,,15
    .globl  _main
    .def    _main;  .scl    2;  .type   32; .endef
_main:
LFB7:
    .cfi_startproc
    pushl   %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    pushl   %ebx
    andl    $-16, %esp
    subl    $16, %esp
    .cfi_offset 3, -12
    call    ___main
    movl    8(%ebp), %eax
    leal    (%eax,%eax), %edx
    movl    $1, %eax
    cmpl    $4, %edx
    jne L8
    jmp L6
    .p2align 4,,7
L12:
    movl    %ebx, %eax
L8:
    leal    1(%eax), %ebx
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    $LC0, (%esp)
    call    _printf
    cmpl    $11, %ebx
    jne L12
L6:
    xorl    %eax, %eax
    movl    -4(%ebp), %ebx
    leave
    .cfi_restore 5
    .cfi_restore 3
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc
LFE7:
    .ident  "GCC: (GNU) 4.8.2"
    .def    _printf;    .scl    2;  .type   32; .endef

所以基本上，随着优化的开启，原始代码被转换成这样：

#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
    int dummy = 2 * argc;
    int i = 1;
    if (dummy != 4)
        while (i<=10)
            printf("%d\n", i++);
    return 0;
}

因此，如您所见，C 中确实存在提升。