为什么gcc和clang会为成员函数模板参数生成非常不同的代码？

Question

我试图了解当成员函数指针用作模板参数时发生了什么.我一直认为函数指针(或成员函数指针)是一个运行时概念,所以我想知道当它们被用作模板参数时会发生什么.出于这个原因,我看了一下这段代码产生的输出:

struct Foo { void foo(int i){ } };    
template <typename T,void (T::*F)(int)>
void callFunc(T& t){ (t.*F)(1); }
void callF(Foo& f){ f.foo(1);}    
int main(){
    Foo f;
    callF(f);
    callFunc<Foo,&Foo::foo>(f);
}

在哪里callF比较.gcc 6.2为两个函数生成完全相同的输出:

callF(Foo&):  // void callFunc<Foo, &Foo::foo>(Foo&):
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 16
    mov     QWORD PTR [rbp-8], rdi
    mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
    mov     esi, 1
    mov     rdi, rax
    call    Foo::foo(int)
    nop
    leave
    ret

同时clang 3.9 产生几乎相同的输出callF():

callF(Foo&):                          # @callF(Foo&)
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 16
    mov     esi, 1
    mov     qword ptr [rbp - 8], rdi
    mov     rdi, qword ptr [rbp - 8]
    call    Foo::foo(int)
    add     rsp, 16
    pop     rbp
    ret

但模板实例化的输出非常不同:

void callFunc<Foo, &Foo::foo>(Foo&): # @void callFunc<Foo, &Foo::foo>(Foo&)
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 32
    xor     eax, eax
    mov     cl, al
    mov     qword ptr [rbp - 8], rdi
    mov     rdi, qword ptr [rbp - 8]
    test    cl, 1
    mov     qword ptr [rbp - 16], rdi # 8-byte Spill
    jne     .LBB3_1
    jmp     .LBB3_2
.LBB3_1:
    movabs  rax, Foo::foo(int)
    sub     rax, 1
    mov     rcx, qword ptr [rbp - 16] # 8-byte Reload
    mov     rdx, qword ptr [rcx]
    mov     rax, qword ptr [rdx + rax]
    mov     qword ptr [rbp - 24], rax # 8-byte Spill
    jmp     .LBB3_3
.LBB3_2:
    movabs  rax, Foo::foo(int)
    mov     qword ptr [rbp - 24], rax # 8-byte Spill
    jmp     .LBB3_3
.LBB3_3:
    mov     rax, qword ptr [rbp - 24] # 8-byte Reload
    mov     esi, 1
    mov     rdi, qword ptr [rbp - 16] # 8-byte Reload
    call    rax
    add     rsp, 32
    pop     rbp
    ret

这是为什么？是gcc采取一些(可能是非标准的)捷径？

Answer 1

gcc能够弄清楚模板在做什么,并生成了最简单的代码.铿锵没有.只要可观察结果符合C++规范,就允许编译器执行任何优化.如果优化掉中间函数指针,那就这样吧.代码中没有其他内容引用临时函数指针,因此可以完全优化它,并用简单的函数调用替换整个事物.

gcc和clang是不同的编译器,由不同的人编写,具有不同的编译C++的方法和算法.

这是很自然的,并且预计会看到不同编译器的不同结果.在这种情况下,gcc能够比clang更好地解决问题.我敢肯定还有其他情况下clang能够比gcc更好地解决问题.