在基准测试代码中使用 volatile 防止编译器优化？答案

【问题标题】：Using volatile to prevent compiler optimization in benchmarking code?在基准测试代码中使用 volatile 防止编译器优化？
【发布时间】：2011-09-02 01:45:18
【问题描述】：

我正在创建一个小程序来测量 boost::shared_ptr 和 boost::intrusive_ptr 类型的容器之间的性能差异。为了防止编译器优化掉副本，我将变量声明为 volatile。循环如下所示：

// TestCopy measures the time required to create n copies of the given container.
// Returns time in milliseconds.
template<class Container>
time_t TestCopy(const Container & inContainer, std::size_t n) {
    Poco::Stopwatch stopwatch;
    stopwatch.start();
    for (std::size_t idx = 0; idx < n; ++idx)
    {
        volatile Container copy = inContainer; // Volatile!
    }

    // convert microseconds to milliseconds
    return static_cast<time_t>(0.5 + (double(stopwatch.elapsed()) / 1000.0));
}

其余代码可以在这里找到：main.cpp。

在此处使用 volatile 会阻止编译器优化副本吗？
是否存在可能导致结果无效的陷阱？

更新

回应@Neil Butterworth。即使在使用副本时，在我看来编译器仍然可以轻松避免副本：

for (std::size_t idx = 0; idx < n; ++idx)
{
    // gcc won't remove this copy?
    Container copy = inContainer;
    gNumCopies += copy.size();        
}

【问题讨论】：

在编译器中使用 -O0 和 -g 标志不起作用吗？我不认为在这里使用 volatile 是正确的方法。
@RC 而不是使用-O0 进行分析，您可以只猜测性能影响。结果同样与现实场景无关。
@RC 我不确定。我知道，即使使用 -O0，像 RVO 这样的优化也会发挥作用（参见stackoverflow.com/questions/4767620/…）。
如果拷贝构造函数有副作用，编译器是否允许优化掉拷贝？
@Neil，你能详细说明一下吗？具体来说，我认为 12.8/15 中列出的任何一个条件都不适用于这种情况。没有返回语句，也没有临时对象。此外，请考虑 ideone.com/aJBr1 。即使使用g++ -O4，复制构造函数也会在每个循环中调用一次。（旁白：是的，如果有问题的 Container 有一个没有副作用的复制构造函数，则可以按照 1.9/1 和 1.9/6 对其进行优化。但是，我问的是有副作用的复制构造函数.)

标签： c++

【解决方案1】：

为什么要这样做？最好的解决方案是以某种方式使用容器，例如将其大小添加到全局变量中。

【讨论】：

编译器似乎仍然可以优化此处的副本。请参阅我的编辑以获取代码示例。
哦，好的 - 然后在副本和原件上调用一个函数。

【解决方案2】：

Volatile 不太可能达到您对非 POD 类型的期望。我建议将char * 或void * 将容器别名传递给不同翻译单元中的空函数。由于编译器无法分析指针的使用情况，这将充当编译器内存屏障，至少将对象强制到处理器缓存中，并阻止大多数死值消除优化。

【讨论】：

【解决方案3】：

C++03 标准规定，对易失性数据的读写是可观察的行为（C++ 2003, 1.9 [intro.execution] / 6）。我相信这保证了对易失性数据的分配不能被优化掉。另一种可观察的行为是对 I/O 函数的调用。 C++11 标准在这方面更加明确：在 1.9/8 中明确表示

对一致性实现的最低要求是：
— 对 volatile 对象的访问严格按照抽象机的规则进行评估。

如果编译器可以证明代码不会产生可观察的行为，那么它可以优化代码。在您的更新中（不使用 volatile），复制构造函数和其他函数调用和重载运算符可能会避免任何 I/O 调用和对 volatile 数据的访问，编译器可能会很好地理解它。但是，如果 gNumCopies 是一个全局变量，后来在具有可观察行为的表达式中使用（例如打印），则不会删除此代码。

【讨论】：