编译器可以/是否简化涉及函数的逻辑表达式？答案

【问题标题】：Can/do compilers simplify logical expressions involving functions?编译器可以/是否简化涉及函数的逻辑表达式？
【发布时间】：2011-09-01 18:23:32
【问题描述】：

一些计算布尔值的函数：

bool a()
{
   return trueorfalse;
}

bool b()
{
   //...
}

bool c()
{
   //...
}

这个条件

//somewhere else
if((a()&&b()&&c()) || (a()&&b()&&!c()) )
{
    doSomething();
}

也可以写成

if(a()&&b())
{
   doSomething();
}

编译器通常会对此进行优化吗？

那么纯布尔值呢：

if((a&&b&&c) || (a&&b&&!c))
{ 
   doSomething();
}

【问题讨论】：

可以写成只知道函数是pure functions。
我不这么认为，除非它可以证明 c 每次调用都返回相同的结果，并且它可能还必须尝试内联 c。
bool c() { static bool r=true; r = !r; return r;} 例如。
如果你使用变量而不是函数调用，那么，是的，编译器会优化。
我认为值得尝试简化它。如果它那么复杂，您如何期望您的代码的读者（包括您自己）以后能够理解它？也许还尝试将条件提取到单独的函数中？

标签： c++ c compiler-optimization

【解决方案1】：

由于函数可能有副作用，因此不能以任何方式“优化”条件，因为必须以明确定义的方式（有条件地）调用所有函数。

如果你确实想要优化，你可以先将结果分配给变量：

const bool ba = a(), bb = b(), bc = c();

if (ba && bb && bc || ba && bb && !bc) { /* ... */ } // probably optimized to "ba && bb"

C++11 中引入的 constexpr 函数可能会允许优化，如果它们产生一个常量表达式，但我不确定。

您甚至可以将其浓缩：在以下代码中，f() 必须被调用两次：

if (f() && false || f() && true)
{
  // ...
}

【讨论】：

【解决方案2】：

不，他们不会。原因是优化对用户是可见的，因为它会改变可观察到的副作用。例如，在您的优化版本中，c() 永远不会执行，即使用户明确尝试这样做。这可以并且将会导致错误。

【讨论】：

我相信，一个函数也有可能没有副作用但仍然不纯。
但是在这种情况下编译器会检测到纯函数并对其进行优化吗？
@heishe 什么是纯函数，如何检测它？是的，编译器会进行优化，主要是通过函数内联来简化复杂的表达式。
@heishe 我确信有一个编译器子集有一个固有的纯函数概念可以做到这一点。不过，这当然不是大多数主流编译器的功能。

【解决方案3】：

既然你的前提有缺陷，不，他们不会。

(a()&&b()&&c()) || (a()&&b()&&!c())绝对不能改写成(a()&&b())

C（和 C++）不是函数式编程语言（如 Haskell）。

【讨论】：

【解决方案4】：

但问题是它不能以这种方式重构，一般来说！

如果任何函数具有改变 c() 结果的副作用，那么第二次调用可能会返回与第一次不同的结果。

不仅如此，由于短路执行，事情可能会更加混乱。

【讨论】：

【解决方案5】：

在 C 语言中，函数的返回值经常给出函数是否成功执行。例如调用图形例程，转换文件。想想您使用指针更改函数外部内容的频率。或者调用另一个输出一些东西的函数。正如有人所说，这不是函数式编程。

如果编译器能够确定 foo() 发生了变化并且什么都不做，那么它可能会简化它，但我不会指望它。

这是一个非常简单的例子

bool foo()
{
    std::cout << "this needs to be printed each time foo() is called, even though its called in a logical expression\n";
    return true;
}

int main()
{
    if ((foo() && !(foo()) || foo() && !(foo())))
        return 0;

    return 1;
}

编辑任何变量的布尔代数都应该简化。

【讨论】：