C/C++ strict-aliasing

最近发现了一个奇怪的编译参数-fno-strict-aliasing，好奇之下做了一点研究；

重点参考Understanding C/C++ Strict Aliasing；

所谓的aliasing就是多个变量指向同一块内存，变量之间互为别名；

strict-aliasing是一种编译器希望开发者遵守的规则：虽然C/C++变量可以随便赋值（强制类型转换），但也请你们收敛一点，别太天马行空了；

如果开发者按照这个规则写代码了，编译器就可以做更好的代码优化，比如这个例子：

void foo(double *dblptr)
{
    anint = 1;
    *dblptr = 0;
    bar(anint);
}

如果开发者能够注意不要把int*转成double*，bar(anint)可以直接优化成bar(1)；

但没有任何约束不允许这样做，因而编译器不敢做这样的优化，只能在bar(anint)将anint传入bar之前加一条汇编指令再读一下anint的值；

如果开发者确定自己的代码遵守这样的规则了，可以在编译时加一个优化参数-fstrict-aliasing，这个参数在gcc的-O2、-O3、-Os优化级别下都是默认开启的。

然后我对Understanding C/C++ Strict Aliasing文中的两个主要例子做了一下测试：

例子一：

#include <stdio.h>

int anint;

void bar(int a)
{
    printf("%d
", a);
}

void foo(double *dblptr)
{
    anint = 1;
    *dblptr = 0;
    bar(anint);
}

int main()
{
    foo((double*)&anint);
    return 0;
}

编译器版本	编译参数	结果
gcc 4.4.7	g++	0
	g++ -O3	1
	g++ -O3 -fno-strict-aliasing	0
gcc 4.8.5	g++	0
	g++ -O3	1
	g++ -O3 -fno-strict-aliasing	0
gcc 7.3.0	g++	0
	g++ -O3	1
	g++ -O3 -fno-strict-aliasing	0

 可以看到，这个case被gcc编译器优化坏了，可以用-fno-strict-aliasing规避；

例子二：

#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned short uint16_t;

uint32_t swaphalves(uint32_t a) {
  uint32_t acopy = a;
  uint16_t *ptr = (uint16_t*)&acopy;// can't use static_cast<>, not legal.
                                    // you should be warned by that.
  uint16_t tmp = ptr[0];
  ptr[0] = ptr[1];
  ptr[1] = tmp;
  return acopy;
}

int main() {
  uint32_t a;
  a = 32;
  cout << hex << setfill('0') << setw(8) << a << endl;
  a = swaphalves(a);
  cout << setw(8) << a << endl;
}

编译器版本	编译参数	结果
gcc 4.4.7	g++	00000020 00200000
	g++ -O3	00000020 00000020
gcc 4.8.5	g++	00000020 00200000
	g++ -O3	00000020 00200000
gcc 7.3.0	g++	00000020 00200000
	g++ -O3	00000020 00200000

发现这个case有点意思，只在4.4版本的编译器上会出现问题，高版本编译器上已经修正了。

没有精力再深入研究，就到此为止。

最后再贴上strict aliasing的规则说明，下面这篇文章给出了较好的中文翻译，而且作者显然比我研究的更深入，我就直接抄过来了：

https://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6720141

• 兼容类型(指相同类型？)或差别仅在于signed、unsigned、const、volatile的类型（比如 const unsigned long *和 long*）
• 聚合类型(struct或class)或联合类型(union)可以alias它们所包含的类型（比如 int 和 包含有int的结构体(包括间接包含)）
• 字符类型(char *、signed char*、unsinged char*)可以 alias 任何类型的指针
• [C++] 基类的类型(可能带有const、volatile等cv修饰)可以alias派生类的类型