假设两个可变引用都不能别名，Rust编译器为什么不优化代码？

Question

据我所知，引用/指针别名会阻碍编译器生成优化代码的能力，因为它们必须确保在两个引用/指针确实是别名的情况下，生成的二进制文件的行为正确。例如，在以下C代码中，

void adds(int  *a, int *b) {
    *a += *b;
    *a += *b;
}

当clang version 6.0.0-1ubuntu2 (tags/RELEASE_600/final)用-O3标志编译时，它发出

0000000000000000 <adds>:
   0:    8b 07                    mov    (%rdi),%eax
   2:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   4:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)  # The first time
   6:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   8:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)  # The second time
   a:    c3                       retq

下面的代码存回(%rdi)两次的情况下，int *a和int *b别名。

当我们明确告诉编译器这两个指针不能使用restrict关键字别名时：

void adds(int * restrict a, int * restrict b) {
    *a += *b;
    *a += *b;
}

然后Clang将发出二进制代码的更优化版本：

0000000000000000 <adds>:
   0:    8b 06                    mov    (%rsi),%eax
   2:    01 c0                    add    %eax,%eax
   4:    01 07                    add    %eax,(%rdi)
   6:    c3                       retq

由于Rust确保（不安全代码中除外）两个可变引用不能别名，因此我认为编译器应该能够发出代码的更优化版本。

当我用下面的代码测试，并编译它rustc 1.35.0有-C opt-level=3 --emit obj，

#![crate_type = "staticlib"]
#[no_mangle]
fn adds(a: &mut i32, b: &mut i32) {
    *a += *b;
    *a += *b;
}

它产生：

0000000000000000 <adds>:
   0:    8b 07                    mov    (%rdi),%eax
   2:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   4:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)
   6:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   8:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)
   a:    c3                       retq

这不采取保证的优势a，并b不能别名。

这是因为当前的Rust编译器仍在开发中，并且尚未合并别名分析来进行优化吗？

这是因为即使在安全的Rust中，仍然有可能a并b可能出现别名吗？

Answer 1

Rust最初确实启用了LLVM的noalias属性，但这导致了错误编译的代码。当所有受支持的LLVM版本不再重新编译代码时，它将重新启用。

如果添加-Zmutable-noalias=yes到编译器选项，则会得到预期的程序集：

adds:
        mov     eax, dword ptr [rsi]
        add     eax, eax
        add     dword ptr [rdi], eax
        ret

简而言之，Rust将C的restrict关键字等价于各处，比任何普通的C程序都要普遍得多。这对LLVM的极端情况产生了超出其正确处理能力的影响。事实证明，C和C ++程序员根本不像Rust中restrict那样频繁&mut使用。

这已经发生过多次了。

• Rust 1.0至1.7-已noalias启用
• Rust 1.8到1.27- noalias禁用
• Rust 1.28至1.29- noalias启用
• Rust 1.30到??? — noalias禁用

相关Rust问题

• 当前案例

  • nalgebra的Matrix :: swap_rows（）的代码生成不正确＃54462
  • LLVM不再对它们进行错误编译后，默认情况下会重新启用noalias注释＃54878

• 前案

  • 通过不将＆mut指针标记为noalias的变通办法LLVM优化程序错误＃31545
  • 一旦LLVM不再对它们进行编译，将＆mut指针标记为noalias＃31681

• 其他

  • 利用LLVM的作用域Noalias元数据＃16515
  • 错过的优化：来自指针的引用不会被视为noalias＃38941
  • 诺里亚斯还不够＃53105
  • 可变noalias：仅在panic = abort或稳定标记时才能永久启用？＃45029