Rustコンパイラーは、2つの可変参照がエイリアスできないと想定してコードを最適化しないのはなぜですか？

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私が知る限り、参照/ポインタのエイリアスは、最適化されたコードを生成するコンパイラの機能を妨げる可能性があります。これは、2つの参照/ポインタが実際にエイリアスである場合に、生成されたバイナリが正しく動作することを保証する必要があるためです。たとえば、次のCコードでは、

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

フラグをclang version 6.0.0-1ubuntu2 (tags/RELEASE_600/final)付けてコンパイルすると、-O3

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

ここで、コード(%rdi)はケースint *aとint *bエイリアスで2倍に保存します。

これらの2つのポインターがrestrictキーワードでエイリアスできないことをコンパイラーに明示的に指示すると、次のようになります。

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

次に、Clangはバイナリコードのより最適化されたバージョンを出力します。

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

Rustは（安全でないコードを除いて）2つの可変参照がエイリアスできないことを確認しているので、コンパイラーはコードのより最適化されたバージョンを出力できるはずだと思います。

以下のコードでテストし、でコンパイルするrustc 1.35.0と-C opt-level=3 --emit obj、

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

それは生成します：

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

これは、その保証を活用していないaとbエイリアスすることはできません。

これは、現在のRustコンパイラがまだ開発中で、最適化を行うためのエイリアス分析をまだ組み込んでいないためですか？

そこにチャンスがまだあることからですaとb、エイリアスができたとしても、安全ルーストに、？

rust compiler-optimization llvm-codegen

— Zhiyao
ソース

godbolt.org/z/aEDINX、奇妙な

— Stargateur

補足：「Rustは2つの可変参照がエイリアスできないことを（安全でないコードを除いて）確認しているため」- unsafeコードの中でさえ、可変参照のエイリアスは許可されておらず、未定義の動作を引き起こします。生のポインタにエイリアスを設定することはできますが、unsafeコードでは実際にはRustの標準ルールを無視できません。これはよくある誤解であり、指摘する価値があります。

— Lukas Kalbertodt

私がasmを読むのが得意ではないため、例が何をしているのかを理解するのに少し時間がかかりました。他の人を助けるために、結局のところ、+=の本体の2つの操作をaddsとして再解釈できるかどうか*a = *a + *b + *bです。ポインターがエイリアスしない場合、エイリアスが可能ですb* + *b。2番目のasmリストで何になるかを確認することもできます2: 01 c0 add %eax,%eax。しかし、エイリアスを作成する場合、エイリアスを追加することはできません。これ*bは、2回目に追加するときまでに、初回（4:最初のasmリストの行に保存する値）とは異なる値が含まれるためです。

— dlukes

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錆はもともとなかった LLVMの有効noalias属性は、これは正しくコンパイルコードを引き起こしました。サポートされているすべてのLLVMバージョンがコードを誤ってコンパイルしない場合、コードは再度有効になります。

-Zmutable-noalias=yesコンパイラー・オプションに追加すると、予想されるアセンブリーが得られます。

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

簡単に言えば、RustはCのrestrictキーワードに相当するものをどこにでも置いて、通常のCプログラムよりもはるかに普及しています。これは、LLVMのコーナーケースを、正しく処理することができなかった以上に行使しました。CとC ++のプログラマーは、Rustで使用されrestrictて&mutいるほど頻繁には使用しないことがわかりました。

これは複数回発生しています。

Rust 1.0〜1.7 — noalias有効
Rust 1.8〜1.27 — noalias無効
Rust 1.28〜1.29 — noalias有効
Rust 1.30から??? — noalias無効

Rustコンパイラーは、2つの可変参照がエイリアスできないと想定してコードを最適化しないのはなぜですか？

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