时间与 "as-if" 规则

Question

总的来说还是不错的question about the "as-if" rule，但是不知道在测量时间的时候有没有例外。

考虑这个（取自 here 稍作修改）：

using std::chrono;
auto begin = steady_clock::now();

auto result = some_lengthy_calculation(some_params);

auto end = std::chrono::steady_clock::now();

std::cout << "Time diff = " << duration_cast<microseconds>(end - begin).count() <<std::endl;
std::cout << "Result = " << result;

允许编译器应用任何产生相同 result 的优化。这里的要点是“as-if”规则并不直接适用于测量时间。当然，在应用优化时，测量时间不应该是恒定的。

所以我的问题是：当根据“as-if”规则允许编译器将其重新排列为以下之一时，我如何能够使用上述代码可靠地测量时间？

auto temp = some_lengthy_calculation(some_params); // clever "optimization", precompute some stuff

auto begin = steady_clock::now();
auto result = temp;               // yay, I can use it here to pretend to be faster
auto end = steady_clock::now();

std::cout << "Time diff = " << duration_cast<microseconds>(end - begin).count() <<std::endl;
std::cout << "Result = " << result;

甚至“更优化”：

std::cout << "Time diff = " << 42 <<std::endl;
std::cout << "Result = " << some_lengthy_calculation(some_params);

我想没有一个正常的编译器会这样做，但是到底是什么阻止了编译器进行这种“优化”？

TL;DR...

可以观察优化和未优化代码之间的运行时差异
如果允许编译器优化影响测量时间，是什么阻止编译器根本不为计时创建任何代码？

Answer 1

编译器不会那样做的，你大可放心。

虽然在纯理论上是允许的，但获取系统时间涉及系统调用，这对编译器来说是一个完整的黑盒子。

编译器无法围绕黑盒函数调用重新排序，因为它无法假定这不会产生任何副作用或包含任何障碍。

Answer 2

要应用 As-If 规则，编译器必须证明提议的更改对可观察的行为没有影响。您是正确的，时间的流逝不是可观察到的行为。但是，在重新排序函数的情况下，必须证明调用函数的顺序不会影响可观察到的行为。

使用计时功能将不可避免地涉及一些测量时间的机制，编译器将无法证明重新排序是安全的。例如，它可能涉及对它无法检查的不透明系统 API 函数或驱动程序函数的调用。如果我们举一个最明显的例子，一个单调的软件时钟，每次它的状态被获取时只前进 1 个时间单位，就没有办法证明调用顺序无关紧要，因为它确实很重要。

时间与 "as-if" 规则

Timing vs the "as-if" rule

c++

optimization

performance

time-measurement

as-if