我可以告诉我的编译器忽略语句或函数的副作用吗？

Question

假设我的代码有以下功能：

inline int foo() {
    bar();
    int y = baz();
    return y;
}

并假设bar() 和baz() 有副作用。

如果我写：

int z = foo();
printf("z is %d\n", z);

那么显然bar() 和baz() 都必须被执行。但如果我写：

foo();

并且不使用返回值，调用baz() 的唯一原因是它的副作用。

有没有一种方法可以告诉我的编译器（对于任何一个：GCC、clang、MSVC、Intel），例如“您可能会忽略 baz() 的副作用以决定是否优化它”？或者“你可以忽略这条指令的副作用来决定是否优化它”？

这个问题适用于 C 和 C++，但可能与各种程序语言相关。让我们把它改成 C++，因为这是我现在用得最多的。

注意：

• bar()、baz() 不在我的控制范围内。
• foo() 的签名不得更改。当然，如果我愿意，我可以使用一些代理并懒惰地申请baz()；或者只是为不使用y 的情况编写一个不同的函数。这不是我要问的。

Answer 1

作为标准 C 和 C++ 的扩展，gcc 和 clang 支持 pure function attribute 通知编译器该函数没有副作用并且可以删除不需要的调用。如果你用这个属性声明一个函数，编译器会相信你，即使你在撒谎。

#include <iostream>

static int foo() __attribute__((pure));

static int foo() {
  std::cout << "I am a side effect!" << std::endl;
  return 17;
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

This prints no output. 请注意，clang 会发出警告，提示您忽略了 pure 函数的返回值。

（特别是，当你在 C 中做类似的事情时，gcc optimizes out the call with -O0，但 leaves it in with -O2！）

函数的定义不需要在 this 的作用域内，即使之前的声明已经在作用域内，你也可以用 this 属性重新声明一个函数。所以它也可以用于库函数。 Example.

当然，对编译器撒谎总是要您自担风险，并且可以想象这可能会产生我没有想到的潜在不良影响。如果您愿意仔细检查生成的代码以确保它确实在执行您想要的操作，这可能是一个有用的技巧，但我不会太相信它。

Answer 2

在相当多的情况下，函数的副作用只有在返回值最终被使用时才会相关，但据我所知，C 和 C++ 都没有任何方法来指示它们。

作为一个常见的例子，让例程执行一些计算并返回结果可能很有用，但如果（例如由于溢出）它们无法返回明显错误的结果，则会引发陷阱。根据函数的使用方式，让它陷入陷阱可能比返回明显错误的答案更可取，但可能不如让它以与以某种方式产生正确答案无法区分的方式表现更可取。如果一个程序执行了 12 次计算，但只使用了其中的 10 次，那么完全跳过未使用的计算可能比生成代码以查看其中是否会发生溢出更有效。

也许有帮助的是测试编译器是否可以保证特定左值的值永远不会显着影响程序行为的构造；总是允许实现说它不能，但是在编译器可以提供这种保证的情况下，它会允许适当编写的代码说，例如“如果这个函数要返回的 x 的值永远不会被使用，请不要费心计算它；否则，检查溢出并捕获是否会发生；如果返回值被使用并且存在不会溢出，计算函数的值。”

不过，我不知道有任何 C 实现提供这种功能。