为什么 Rust 编译器不优化代码，假设两个可变引用不能别名？

Question

据我所知，引用/指针别名会阻碍编译器生成优化代码的能力，因为它们必须确保生成的二进制文件在两个引用/指针确实别名的情况下正确运行。 例如，在下面的 C 代码中，

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

当使用-O3标志由clang version 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

这里代码存储回(%rdi)两次，以防int *a和int *b别名。

当我们明确告诉编译器这两个指针不能用restrict关键字做别名时：

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

然后 Clang 将发出二进制代码的更优化版本：

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和-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;
}

它产生：

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

这没有利用a和b不能别名的保证。

这是因为当前的 Rust 编译器仍在开发中，还没有结合别名分析来进行优化吗？

这是因为即使在安全的 Rust 中， a和b仍然有可能别名吗？

Answer 1

Rust 最初确实启用了 LLVM 的noalias属性，但这会导致错误编译的代码。 当所有支持的 LLVM 版本不再错误编译代码时，它将重新启用。

如果将-Zmutable-noalias=yes添加到编译器选项，您将获得预期的程序集：

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

简而言之，Rust 在任何地方都放置了相当于 C 的restrict关键字，比任何普通的 C 程序都流行得多。 这对 LLVM 的极端情况进行了超出其正确处理的能力。 事实证明，C 和 C++ 程序员根本不会像 Rust 中使用&mut那样频繁地使用restrict 。

这已经发生了多次。

• Rust 1.0 到 1.7 — 启用noalias
• Rust 1.8 到 1.27 — 禁用noalias
• Rust 1.28 到 1.29 — 启用noalias
• Rust 1.30 到 1.54 — 禁用noalias
• Rust 1.54 通过 ??? — 根据编译器使用的 LLVM 版本有条件地启用noalias

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