为什么 GCC 优化不适用于 valarray

Why does GCC optimization not work with valarrays?

本文关键字：适用于 valarray 不适用 优化 GCC 为什么      更新时间：2023-10-16

这是一个使用valarrays的简单c ++程序：

#include <iostream>
#include <valarray>
int main() {
    using ratios_t = std::valarray<float>;
    ratios_t a{0.5, 1, 2};
    const auto& res ( ratios_t::value_type(256) / a );
    for(const auto& r : ratios_t{res})
        std::cout << r << " " << std::endl;
    return 0;  
}

如果我像这样编译并运行它：

g++ -O0 main.cpp && ./a.out

输出符合预期：

512 256 128

但是，如果我像这样编译并运行它：

g++ -O3 main.cpp && ./a.out

输出为：

0 0 0

如果我使用优化参数-O1也会发生同样的情况。

GCC 版本是（Archlinux 中的最新版本）：

$ g++ --version
g++ (GCC) 6.1.1 20160707

但是，如果我尝试使用叮当声，两者都

clang++ -std=gnu++14 -O0 main.cpp && ./a.out

和

clang++ -std=gnu++14 -O3 main.cpp && ./a.out

产生相同的正确结果：

512 256 128

叮当版本是：

$ clang++ --version
clang version 3.8.0 (tags/RELEASE_380/final)

我也在 Debian 上尝试过使用 GCC 4.9.2，其中可执行文件会产生正确的结果。

这是 GCC 中可能存在的错误还是我做错了什么？任何人都可以重现这一点吗？

编辑：我也设法在Mac OS上的GCC 6的自制版本上重现了该问题。

valarray和auto不能很好地混合。

这将创建一个临时对象，然后对其应用operator/：

const auto& res ( ratios_t::value_type(256) / a );

libstdc++ valarray使用表达式模板，以便operator/返回一个轻量级对象，该对象引用原始参数并懒惰地计算它们。 您使用const auto&会导致表达式模板绑定到引用，但不会延长表达式模板引用的临时的生存期，因此当计算发生时，临时已超出范围，并且其内存已被重用。

如果您这样做，它将正常工作：

ratios_t res = ratios_t::value_type(256) / a;

更新：截至今天，GCC 主干将给出此示例的预期结果。我修改了我们的valarray表达式模板，使其不易出错，因此创建悬空引用更难（但仍然不是不可能）。新的实施应该包括在明年的GCC 9中。

这是使用惰性求值粗心地实现operator/ (const T& val, const std::valarray<T>& rhs)（很可能是 valarray 上的其他运算符）的结果：

#include <iostream>
#include <valarray>
int main() {
    using ratios_t = std::valarray<float>;
    ratios_t a{0.5, 1, 2};
    float x = 256;
    const auto& res ( x / a );
    // x = 512;  //  <-- uncommenting this line affects the output
    for(const auto& r : ratios_t{res})
        std::cout << r << " ";
    return 0;
}

注释掉"x = 512"行后，输出为

512 256 128

取消注释该行，输出将更改为

1024 512 256

由于在您的示例中，除法运算符的左侧参数是临时参数，因此结果是未定义的。

更新

正如Jonathan Wakely正确指出的那样，由于使用了auto，基于延迟计算的实现在本例中成为一个问题。

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