似乎缺少在循环条件下调用const-vector size（）的优化

Question

考虑以下代码：

int g(std::vector<int>&, size_t);

int f(std::vector<int>& v) {
   int res = 0;
   for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
      res += g(v, i);
   return res;
}

编译器无法优化v.size()循环内的评估，因为它无法证明里面的大小不会改变g。用GCC 9.2 -O3和x64 生成的程序集是：

.L3:
    mov     rsi, rbx
    mov     rdi, rbp
    add     rbx, 1
    call    g(std::vector<int, std::allocator<int> >&, unsigned long)
    add     r12d, eax
    mov     rax, QWORD PTR [rbp+8] // load a poniter
    sub     rax, QWORD PTR [rbp+0] // subtract another pointetr
    sar     rax, 2                 // result * sizeof(int) => size()
    cmp     rbx, rax
    jb      .L3

如果我们知道这g不会改变v.size()，则可以如下重写循环：

for (size_t i = 0, e = v.size(); i < e; i++)
   res += g(v);

如果没有这些，和指令mov，这将生成更简单（因而更快）的汇编。的值只是保存在寄存器中。subsarsize()

我希望通过制作矢量可以达到相同的效果const（我知道它正在改变程序的语义，因为g现在不能更改矢量的元素，但这与问题无关）：

int g(const std::vector<int>&, size_t);

int f(const std::vector<int>& v) {
   int res = 0;
   for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
      res += g(v, i);
   return res;
}

现在，编译器应该知道在每次循环迭代中加载的那些指针不能更改，因此，

    mov     rax, QWORD PTR [rbp+8] 
    sub     rax, QWORD PTR [rbp+0] 
    sar     rax, 2                 

总是一样的 尽管如此，这些指令还是存在于生成的程序集中。现场演示在这里。

我也尝试了Intel 19，Clang 9和MSVC 19，结果却完全相同。由于所有主流编译器的行为都如此统一，所以我想知道是否存在禁止这种优化的规则，即将size()恒定向量的求值移出循环。

Answer 1

加法const并不意味着g不能改变向量的大小。可悲的是。

如果您修改本身就是一个对象，则会得到UB const。const只要原始（即，被引用的）对象不是，则修改您具有引用的对象不是UB const。

换句话说，这是一个有效的程序：

int g(const std::vector<int>& v, size_t)
{
    const_cast<std::vector<int>&>(v).clear();
    return 0;
}

int f(const std::vector<int>& v) {
   int res = 0;
   for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
      res += g(v, i);
   return res;
}

void test()
{
    std::vector<int> v;
    f(v);
}

请注意，如果我们看不到的定义g，const即使我们不允许，也没有关系const_cast：

std::vector<int> global_v;

int g(const std::vector<int>& v, size_t)
{
    global_v.clear();
    return 0;
}

int f(const std::vector<int>& v) {
   int res = 0;
   for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
      res += g(v, i);
   return res;
}

void test()
{
    f(global_v);
}

考虑const将引用作为对您自己（和其他人）的提醒和编译器强制的保护措施，但不应该将其视为编译器的优化机会。但是，将值/对象const本身标记为改进优化的可能性很大-将实际值传递const Something给不透明的函数可以保证Something以后保留相同的内容（但请注意，这const不能通过指针或引用成员传递）。