当函数有警告 [-Wreturn-type] 时，为什么优化会忽略 if 语句？

Question

操作系统：ubuntu2204

编译器：gcc 11.2 x86_64

这是一个简单的代码：

#include <cstdlib>

int func(int val) {
    if (val == 1) {
    } else {
        abort();
    }
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    func(argc);
}

当我在没有任何优化的情况下编译它并运行它时，它工作正常。

但是当我用 编译它时g++ tmp.cpp -O3，结果func会忽略输入值，而只调用abort.

当然，我可以通过在 的末尾添加 return 语句来修复它func，但是，为什么呢？

这是objdump -d a.out优化函数的一些输出func：

0000000000001060 <_Z4funci>:
    1060:   f3 0f 1e fa             endbr64 
    1064:   50                      push   %rax
    1065:   58                      pop    %rax
    1066:   50                      push   %rax
    1067:   e8 e4 ff ff ff          call   1050 <abort@plt>

Answer 1

首先，在没有return语句的情况下从非 void 函数的末尾流出是 C++ 中的未定义行为。请参阅为什么在不返回值的情况下流出非 void 函数的末尾不会产生编译器错误？通常，编译器使用未定义的行为进行优化。也可以看看：

• 与 C 相比，C++ 中无限循环没有副作用的好处是未定义行为？
• 未定义的行为值得吗？
• 未定义的行为真的有助于现代编译器优化生成的代码吗？

直观上，编译器可以看到分支中存在未定义的行为，if (val == 1)因为您从函数末尾流出。然后，编译器可以说该分支无法访问并始终调用abort()，就好像条件始终是一样false。

更具体地说，LLVM 从以下 IR 开始：

entry:
  // ...
  br i1 %cmp, label %if.then, label %if.else

if.then:
  br label %if.end
if.else:
  call void @abort()
  unreachable
if.end:
  unreachable

根据 的值val，控制流分支到if.then（立即转到if.end）或到if.else（调用函数[[noreturn]]）。

在SimplifyCFG（简化控制流图）过程中，该结构被简化为：

  %1 = xor i1 %cmp, true
  call void @llvm.assume(i1 %1)
  call void @abort()
  unreachable

编译器现在假设val ^ 1始终为真，这意味着它val必须是false。不再有分支，而是控制直接流入abort(). 直观上，if 语句被更改以防止到达unreachable指令。具体来说，消除br跳转到包含该基本块的a。unreachable

经过进一步优化后，整个函数本质上变成：

  tail call void @abort()
  unreachable

请访问https://godbolt.org/z/bnvh7KrG4查看整个优化流程

在调试版本中，如果没有优化，编译器不会简化 if 语句。该代码“按预期”工作。GCC 和 clang 都会输出类似以下内容的内容：

        je      .L2
        call    abort
.L2:
        ud2

从函数末尾流出成为ud2伪指令（从 生成unreachable），执行它会立即停止程序。

这个答案特定于 clang 并且您正在使用 GCC，但是，这些编译器执行的优化相对相似，特别是在像这样的小情况下。

Answer 2

这与警告无关，而是与警告的含义有关。每个执行分支都必须有一个有效的结束（对于非void函数，通常是return带值、抛出异常或终止程序），否则您的程序将出现未定义行为。未定义的行为可能会导致时间旅行（除其他外）。

最有可能的是，优化器注意到，如果不调用未定义行为，就不可能val等于1，并且由于允许假设代码中没有 UB，因此它可以假设这val == 1永远不会成立，因此它将所有内容优化为合理的路径在代码中。