为什么这个简单的函数不能去虚拟化？

Question

请考虑以下代码：

struct A {
    virtual A& operator+=(const A& other) noexcept = 0;
};

void foo_inner(int *p) noexcept { *p += *p; }
void foo_virtual_inner(A *p) noexcept { *p += *p; }

void foo(int *p) noexcept
{
    return foo_inner(p);
}

struct Aint : public A {
    int i;
    A& operator+=(const A& other) noexcept override final
    { 
// No devirtualization of foo_virtual with:
        i += dynamic_cast<const Aint&>(other).i; 
// ... nor with:
//      i += reinterpret_cast<const Aint&>(other).i; 
        return *this;
    }
};

void foo_virtual(Aint *p) noexcept
{
    return foo_virtual_inner(p);
}

据我所知，foo()和foo_virtual()都应编译为相同的目标代码。编译器具有在operator+=调用foo_virtual_inner()时对foo_virtual的调用去虚拟化所需的所有信息。但是 - neither GCC 8.3, nor MSVC 19.10, nor clang 8 do this。当然，我使用了最大优化标志（-O3或/Ox）。

为什么？这是一个错误，还是我错过了什么？

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clang 8输出：

foo(int*):                               # @foo(int*)
        shl     dword ptr [rdi]
        ret
foo_virtual(Aint*):                  # @foo_virtual(Aint*)
        mov     rax, qword ptr [rdi]
        mov     rax, qword ptr [rax]
        mov     rsi, rdi
        jmp     rax                     # TAILCALL

GCC 8.3输出：

foo(int*):
        sal     DWORD PTR [rdi]
        ret
foo_virtual(Aint*):
        mov     rax, QWORD PTR [rdi]
        mov     rax, QWORD PTR [rax]
        cmp     rax, OFFSET FLAT:Aint::operator+=(A const&)
        jne     .L19
        push    rbx
        xor     ecx, ecx
        mov     edx, OFFSET FLAT:typeinfo for Aint
        mov     esi, OFFSET FLAT:typeinfo for A
        mov     rbx, rdi
        call    __dynamic_cast
        test    rax, rax
        je      .L20
        mov     eax, DWORD PTR [rax+8]
        add     DWORD PTR [rbx+8], eax
        pop     rbx
        ret
.L19:
        mov     rsi, rdi
        jmp     rax
foo_virtual(Aint*) [clone .cold.1]:
.L20:
        call    __cxa_bad_cast

MSVC 19.10输出：

p$ = 8
void foo(int * __ptr64) PROC                                    ; foo
        mov     eax, DWORD PTR [rcx]
        add     eax, eax
        mov     DWORD PTR [rcx], eax
        ret     0
void foo(int * __ptr64) ENDP                                    ; foo

p$ = 8
void foo_virtual(Aint * __ptr64) PROC                  ; foo_virtual
        mov     rax, QWORD PTR [rcx]
        mov     rdx, rcx
        rex_jmp QWORD PTR [rax]
void foo_virtual(Aint * __ptr64) ENDP 

PS - GCC下编译代码中所有typeinfo业务的解释是什么？

Answer 1

GCC猜测Aint * p指向Aint * p的实例（但不认为这可以保证发生），因此它推测性地对运算符+ =的调用进行了虚拟化，并且typeinfo检查是它的内联副本。 -fno-devirtualize-speculatively导致与Clang和MSVC产生的代码相同的代码。

_Z11foo_virtualP4Aint:
.LFB4:
        .cfi_startproc
        movq    (%rdi), %rax
        movq    %rdi, %rsi
        movq    (%rax), %rax
        jmp     *%rax