引用通常会被优化掉吗？

Question

考虑这段代码示例：

// Static variables
void Object::f_v1()
{
    static const int& foo = dataObjectConstRef.dataField.foo;
    static const int& bar = dataObjectConstRef.dataField.bar;
    static const int& baz = dataObjectConstRef.dataField.baz;
    return foo * foo + baz * bar + baz / bar + baz;
}

// References
void Object::f_v2()
{
    const int& foo = dataObjectConstRef.dataField.foo;
    const int& bar = dataObjectConstRef.dataField.bar;
    const int& baz = dataObjectConstRef.dataField.baz;
    return foo * foo + baz * bar + baz / bar + baz;
}

// Everything written out
void Object::f_v3()
{
    return dataObjectConstRef.dataField.foo * dataObjectConstRef.dataField.foo + 
         dataObjectConstRef.dataField.baz * dataObjectConstRef.dataField.bar + 
         dataObjectConstRef.dataField.baz / dataObjectConstRef.dataField.bar + 
         dataObjectConstRef.dataField.baz;
}

如果启用了编译器优化，其中哪一项性能最佳？

静态版本只构建一次引用，但总是之后检查互斥锁。
普通参考版应该只计算一次地址，但是快捷方式是在此版本或上一个版本中完全优化版本？
- 如果不是，什么更快，每次检查互斥锁或生成引用？

我正在使用 gcc 7.1 和 -O3。

Answer 1

Are references usually optimized away?

如果可以的话，是的，它们通常会被优化掉。

f_v1 具有与其他行为不同的行为，除非 dataObjectConstRef 本身引用静态对象。由于在从多个线程调用该函数时需要同步，它也有一些性能损失。根据经验：线程同步往往比指针/引用的分配慢。但是衡量它是否重要。

假设这些字段实际上具有类型 int（因此不涉及转换）f_v2 和 f_v3 具有相同的行为。编译器应该很容易证明这一点，我希望优化编译器为两者生成完全相同的代码。

Answer 2

编译一个最小的例子：

struct DataObject
{
  struct DataField
  {
    double foo, bar, baz;
  } dataField;
};

struct Object
{

// Everything written out
double f_v3()
{
    return dataObjectConstRef.dataField.foo * dataObjectConstRef.dataField.foo + 
         dataObjectConstRef.dataField.baz * dataObjectConstRef.dataField.bar + 
         dataObjectConstRef.dataField.baz / dataObjectConstRef.dataField.bar + 
         dataObjectConstRef.dataField.baz;
}
  DataObject const& dataObjectConstRef;
};

extern const DataObject const& getData();

int main()
{
  Object o { getData() };
  return o.f_v3();
}

使用 clang 3.9，-O3：

main:                                   # @main
        push    rax
        call    getData()
        vmovsd  xmm0, qword ptr [rax]   # xmm0 = mem[0],zero
        vmovsd  xmm1, qword ptr [rax + 8] # xmm1 = mem[0],zero
        vmulsd  xmm0, xmm0, xmm0
        vmovsd  xmm2, qword ptr [rax + 16] # xmm2 = mem[0],zero
        vmulsd  xmm3, xmm2, xmm1
        vaddsd  xmm0, xmm0, xmm3
        vdivsd  xmm1, xmm2, xmm1
        vaddsd  xmm0, xmm1, xmm0
        vaddsd  xmm0, xmm2, xmm0
        vcvttsd2si      eax, xmm0
        pop     rcx
        ret

仅加载 3 次 (vmovsd)。

所以是的，在这种情况下，引用的解除引用已经被优化掉了。

C++ 标准允许编译器执行此操作，因为优化后的代码会产生相同的结果就好像原始源代码已逐字执行一样。

引用通常会被优化掉吗？

Are references usually optimized away?

c++

compiler-optimization

c++14

c++17