¿Por qué el compilador de Rust no optimiza el código asumiendo que dos referencias mutables no pueden alias?

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Zhiyao 2019-07-30 07:57.

Hasta donde yo sé, el alias de referencia / puntero puede obstaculizar la capacidad del compilador para generar código optimizado, ya que deben garantizar que el binario generado se comporte correctamente en el caso de que las dos referencias / punteros sean alias. Por ejemplo, en el siguiente código C,

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

cuando se compila clang version 6.0.0-1ubuntu2 (tags/RELEASE_600/final)con la -O3bandera, emite

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

Aquí, el código se almacena en (%rdi)dos veces en mayúsculas int *ay minúsculas int *b.

Cuando le decimos explícitamente al compilador que estos dos punteros no pueden formar un alias con la restrictpalabra clave:

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

Entonces Clang emitirá una versión más optimizada del código binario:

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

Dado que Rust se asegura (excepto en el código inseguro) de que dos referencias mutables no pueden tener un alias, creo que el compilador debería poder emitir la versión más optimizada del código.

Cuando pruebo con el siguiente código y lo compilo rustc 1.35.0con -C opt-level=3 --emit obj,

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

genera:

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

Esto no se aprovecha de la garantía que ay bno puede alias.

¿Esto se debe a que el compilador actual de Rust aún está en desarrollo y aún no ha incorporado el análisis de alias para realizar la optimización?

¿Es esto porque todavía existe la posibilidad de que ese alias ay bpodría, incluso en la seguridad de Rust?

1 answers

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Shepmaster 2019-07-30 08:13.

Rust originalmente hizo permitirá LLVM de noaliasatributo, pero este código miscompiled causado . Cuando todas las versiones de LLVM compatibles ya no compilen mal el código, se volverá a habilitar .

Si agrega -Zmutable-noalias=yesa las opciones del compilador, obtiene el ensamblado esperado:

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

En pocas palabras, Rust puso el equivalente de la restrictpalabra clave C en todas partes , mucho más frecuente que cualquier programa C habitual. Esto ejercitó los casos de esquina de LLVM más de lo que podía manejar correctamente. Resulta que los programadores de C y C ++ simplemente no usan con restricttanta frecuencia como &mutse usa en Rust.

Esto ha sucedido varias veces .

  • Rust 1.0 a 1.7 - noaliashabilitado
  • Rust 1.8 a 1.27 - noaliasdeshabilitado
  • Rust 1.28 a 1.29 - noaliashabilitado
  • Rust 1.30 hasta ??? - noaliasdiscapacitado

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