为什么启用未定义的行为清理会干扰优化？

Question

考虑以下代码：

#include <string_view>

constexpr std::string_view f() { return "hello"; }

static constexpr std::string_view g() {
    auto x = f();
    return x.substr(1, 3);
}

int foo() { return g().length(); }

如果我用 GCC 10.2 和 flags 编译它--std=c++17 -O1，我会得到：

foo():
        mov     eax, 3
        ret

此外，据我所知，这段代码没有任何未定义的行为问题。

但是 - 如果我添加 flag -fsanitize=undefined，编译结果是：

.LC0:
        .string "hello"
foo():
        sub     rsp, 104
        mov     QWORD PTR [rsp+80], 5
        mov     QWORD PTR [rsp+16], 5
        mov     QWORD PTR [rsp+24], OFFSET FLAT:.LC0
        mov     QWORD PTR [rsp+8], 3
        mov     QWORD PTR [rsp+72], 4
        mov     eax, OFFSET FLAT:.LC0
        cmp     rax, -1
        jnb     .L4
.L2:
        mov     eax, 3
        add     rsp, 104
        ret
.L4:
        mov     edx, OFFSET FLAT:.LC0+1
        mov     rsi, rax
        mov     edi, OFFSET FLAT:.Lubsan_data154
        call    __ubsan_handle_pointer_overflow
        jmp     .L2
.LC1:
        .string "/opt/compiler-explorer/gcc-10.2.0/include/c++/10.2.0/string_view"
.Lubsan_data154:
        .quad   .LC1
        .long   287
        .long   49

看到这个Compiler Explorer。

我的问题：为什么消毒会干扰优化？特别是因为代码似乎没有任何 UB 危害......

笔记：

• 我怀疑是 GCC 错误，但也许我对 UBsan 的作用有错误的看法。
• 如果我设置了相同的行为-O3。
• 在没有优化标志的情况下，更长的代码会在经过清理和不经过清理的情况下生成。
• 如果您声明x为constexpr变量，则清理不会阻止优化。
• 与 C++17 和 C++20 的行为相同。
• 使用 Clang，您也会得到这种差异，但只有使用更高的优化设置（例如-O3）。

Answer 1

消毒剂添加了必要的工具来检测运行时的违规行为。该检测可能会通过引入一些不透明的调用/副作用来阻止函数在编译时作为优化计算，否则这些调用/副作用不会在那里出现。

您看到的不一致行为是因为g().length();调用不是在constexpr上下文中完成的，因此不需要在编译时计算（好吧，“不期望”会更准确）。GCC 可能有一些启发式方法来计算常规上下文中constexpr带constexpr参数的函数，一旦消毒剂通过破坏constexpr函数-ness（由于添加的检测）或所涉及的启发式方法之一，这些函数。

添加constexpr到x使f()调用成为一个常量表达式（即使g()不是），因此它在编译时编译，因此不需要检测，这足以触发其他优化。

人们可以将其视为 QoI 问题，但总的来说，这是有道理的

1. constexpr 函数评估可能需要任意长的时间，因此除非被要求，否则在编译时评估所有内容并不总是可取的
2. 通过在常量表达式中使用此类函数，您始终可以“强制”进行此类评估（尽管在这种情况下标准有些宽松）。这也会为您处理任何 UB。

Answer 2

特别是因为代码似乎没有任何 UB 危害

f()返回std::string_view包含长度和指针的 a 。调用x.substr(1, 3)需要向该指针添加一个。从技术上讲，这可能会溢出。那就是潜在的UB。将 1 更改为 0 并看到 UB 代码消失。

我们知道 [ptr, ptr+5] 是有效的，因此结论是 gcc 未能传播该值范围的知识，尽管进行了积极的内联和其他简化。

我找不到直接相关的 gcc 错误，但这条评论似乎很有趣：

[VRP] 在跟踪指针范围方面做得非常糟糕，它只是喜欢跟踪非 NULL。