为什么Rust编译器不优化假定两个可变引用不能别名的代码？

Question

据我所知，引用/指针别名会妨碍编译器生成优化代码的能力，因为它们必须确保在两个引用/指针确实别名的情况下生成的二进制文件行为正确。例如,在下面的C代码中,

void adds(int  *a, int *b) {
    *a += *b;
    *a += *b;
}

当使用-O3标志的Clang版本6.0.0-1Ubuntu2(Tags/Release_600/Final)编译时，它发出

0000000000000000 <adds>:
   0:    8b 07                    mov    (%rdi),%eax
   2:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   4:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)  # The first time
   6:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   8:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)  # The second time
   a:    c3                       retq

在这里，代码以int*A和int*B别名的大小写两次存储回(%RDI)。

当我们显式地告诉编译器这两个指针不能用restrict关键字别名时：

void adds(int * restrict a, int * restrict b) {
    *a += *b;
    *a += *b;
}

0000000000000000 <adds>:
   0:    8b 06                    mov    (%rsi),%eax
   2:    01 c0                    add    %eax,%eax
   4:    01 07                    add    %eax,(%rdi)
   6:    c3                       retq

由于Rust确保（除了在不安全的代码中）两个可变引用不能别名，我认为编译器应该能够发出更优化的代码版本。

当我使用下面的代码进行测试并使用rustc 1.35.0用-c opt-level=3--emit obj编译它时,

#![crate_type = "staticlib"]
#[no_mangle]
fn adds(a: &mut i32, b: &mut i32) {
    *a += *b;
    *a += *b;
}

它生成：

0000000000000000 <adds>:
   0:    8b 07                    mov    (%rdi),%eax
   2:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   4:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)
   6:    03 06                    add    (%rsi),%eax
   8:    89 07                    mov    %eax,(%rdi)
   a:    c3                       retq

Answer 1

Rust最初确实启用了LLVM的noalias属性，但这会导致代码编译错误。当所有支持的LLVM版本不再错误编译代码时，它将被重新启用。

如果将-zmutable-noalias=yes添加到编译器选项中，则会得到预期的程序集：

adds:
        mov     eax, dword ptr [rsi]
        add     eax, eax
        add     dword ptr [rdi], eax
        ret

简单地说，Rust将相当于C的restrict关键字放在各处，远比任何普通的C程序更普遍。这使LLVM的拐角情况比它能够正确处理的情况更多。事实证明，C和C++程序员只是不像Rust中使用restrict那样频繁地使用&mut。

这种情况已经发生了多次。

• Rust 1.0到1.7-noalias已启用
• Rust 1.8到1.27-noalias已禁用
• Rust 1.28到1.29-noalias已启用
• Rust 1.30到1.53-noalias禁用
• 锈蚀1.53通过？？？-noalias条件启用

>

当前大小写

null

• 通过不将&MUT指针标记为noalias#31545
来解决LLVM优化器错误
• 一旦LLVM不再错误编译MUT指针时，将它们标记为noalias#31681

其他

• 使用LLVM的作用域noalias元数据#16515
• 错过优化：来自指针的引用不被视为noalias#38941
• NOAlias不够#53105
• 可变NOAlias：重新永久启用，仅用于panic=abort或stability标志？#45029