在 C++ 中，我可以声明一个引用以表明不会修改它吗？答案

【问题标题】：In C++, can I declare a reference so as to indicate that nothing will ever modify it?在 C++ 中，我可以声明一个引用以表明不会修改它吗？
【发布时间】：2015-02-02 15:39:12
【问题描述】：

如果我这样做

typedef void Cb();

int foo(int const& a, Cb cb) {
  int x = a;
  cb();
  return x - a;
}

用g++ -O3 -save-temps -c foo.cpp编译，我看到减法被保留了，而如果cb();被注释掉，整个函数优化为

xorl    %eax, %eax

我可以对参数a 的规范做些什么，以便无论调用cb()，并且不强制a 成为唯一引用（即它可能会在其他地方被引用，但不会通过这些引用对其进行修改）？

【问题讨论】：

您可以按值获取参数 (int a)，这将向编译器保证没有任何东西可以改变它。我也不确定您所说的“唯一参考”是什么意思。
const int x = a 会发生什么？
@pepper_chico a 仍然可以引用通过调用cb() 可能会更改的内容，因此减法仍然无法优化。
@sjdowling 标准中没有任何内容要求引用以与指针相同的方式实现；引用只是对象的另一个名称。
有“纯”函数的概念，但不规范。 gcc 有一个为此目的的扩展：stackoverflow.com/q/9441262 结果正如预期的那样，就像没有函数调用一样：coliru.stacked-crooked.com/a/0639d89c013ae02f

标签： c++ c++11 optimization reference

【解决方案1】：

有__restrict 扩展，你可以在gcc.godbolt.org 上试试这个：

typedef void Cb();

int foo(const int & __restrict a, Cb cb) {
  int x = a;
  cb();
  return x - a;
}

奇怪的是，only clang does the optimization，gcc doesn't do it。

请注意，类似限制的别名被认为是 C++ 标准的一部分：

N3988: Towards restrict-like aliasing semantics—Finkel, Tong, Carruth, Nelson, Vandevoorde, Wong

也许将来你可以按标准来做。

【讨论】：

我认为restrict 在这里不起作用：它只是说给定块范围内的两个引用不别名。这里的问题是a 可能与全局变量别名，而restrict 不能用于全局变量。另见：stackoverflow.com/a/30827880/895245

【解决方案2】：

执行建议的优化是不正确的，因为其余代码可能是：

static int var;

void func()
{
    var++;
}

// ...
foo(var, func);

我不知道您可以设置任何特定于编译器的属性来表示 cb() 不会修改 a。

【讨论】：

一种解决方法是按值获取a，或者在调用cb之前计算返回值
__attribute__((const)) 似乎有效：stackoverflow.com/a/31180833/895245

【解决方案3】：

你为什么不把int x = a; 行移到函数调用下面呢？

如果cb() 既不影响x 也不影响a，你应该没问题，我认为编译器会再次优化调用，因为x 不能在两个调用之间改变。如果您无法重新排序这两个调用是有原因的，那么您可能一开始就无法对其进行优化。

这不是您可以提示编译器执行的操作，因为无法保证在调用 cb() 之后 x 和 a 都没有改变。

将此视为读/写访问的顺序。如果在cb() 期间没有对a 和x 进行读写访问，您可以手动重新排序函数调用。

如果写入a或x，则无法重新排序，优化将不正确。

如果x被读取，你不能重新排序函数调用，但如果x真的只是被读取，你可以从a读取，并且只在调用之后定义x，因为它将具有相同的值作为a，你有没有在通话前声明过。

【讨论】：

【解决方案4】：

如果您的编译器支持该扩展，您可以在引用中使用 C restrict。
（一些编译器允许__restrict 或__restrict__，它们是实现命名空间的一部分。）

这是您对编译器的承诺，即该对象在任何地方都没有别名，因此可以对其进行优化。
如果你对编译器撒谎，那么，你会得到你应得的损坏代码。

【讨论】：

谢谢，这是一个有用的知识。似乎restrict 的规范，如果我理解正确的话，不仅要求a 不会在其他地方被修改，而且它也不会在其他地方被提及。理想情况下，我希望 a 可以有许多其他引用，其中没有一个会修改底层对象。
好吧，如果对象没有被其中任何一个修改，那么有别名并不重要。至少对于程序的正确性。
如果我对 this answer 的理解正确，那可能很重要。
@Owen：这个答案实际上并没有这么说。看，他提到的可以（不能）重叠的数组之一被显式修改了。
gcc 支持__restrict，但在这种情况下添加它根本不会改变编译的代码。至少int foo(int const& __restrict a, Cb cb) { ... }

【解决方案5】：

__attribute__((const)) 就足够了

如记录在：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.1.0/gcc/Function-Attributes.html 中，它告诉编译器给定函数不会修改全局变量（尽管它可以读取它们）。

还有const 的pure 子集，它也禁止全局读取。

考虑以下简化示例：

int __attribute__((const)) g();

int f(int a) {
  int x = a;
  g();
  return x - a;
}

在g++ 4.8 x86_64 -O3 上，它编译为：

xor %eax,%eax 与 const
不假设a的大函数没有const不修改

似乎没有更细粒度的属性表明函数不会根据需要修改 given 变量。

__attribute__((const)) 可以应用于函数指针吗？

让我们试试吧：

int f(int& a, void __attribute__((const)) (*g)(void)) {
    int x = a;
    (*g)();
    return x - a;
}

再一次，它编译为xor %eax,%eax，并编译为一个没有const 的大函数，所以答案是肯定的。

这个语法被问到：Function pointer to __attribute__((const)) function?

它也在 2011 年出现在邮件列表中：http://comments.gmane.org/gmane.comp.gcc.help/38052 至少在当时，它只对某些属性有效。

可以将 __attribute__((const)) 添加到 typedef 中吗？

这行得通：

typedef void __attribute__((const)) (*g_t)(void);

int f(int& a, g_t g) {
    int x = a;
    (*g)();
    return x - a;
}

或：

typedef void (g_t)(void);

int f(int& a, g_t __attribute__((const)) g) {
    int x = a;
    g();
    return x - a;
}

但我找不到将属性放在 typedef 和上的方法，传递一个函数，而不是一个指针，例如：

typedef void __attribute__((const)) (g_t)(void);

GCC 给出一个警告，指出在这种情况下该属性被忽略。

【讨论】：