C++ 是否允许编译器优化堆外内存分配？

考虑以下使用

new

的简单代码（我知道没有

delete[]

，但它与此问题无关）：

是否允许编译器优化

new

调用

在我的研究中，和Visual Studio 2015没有优化出

新的调用。所有测试都启用了完全优化（-O3用于g++和clang，发布模式用于VisualStudio）

难道不是
new
在幕后进行系统调用，使得编译器无法（而且是非法的）优化它吗

编辑：我现在从程序中排除了未定义的行为：

#include <new>  

int main()
{
    int* mem = new (std::nothrow) int[100];
    return 0;
}

#包括
int main（）
{
int*mem=new（std:：nothrow）int[100]；
返回0；
}

不再是了，但是

EDIT2：

#include <new>  

int main()
{
    int* mem = new (std::nothrow) int[1000];

    if (mem != 0)
      return 1;

    return 0;
}

#包括
int main（）
{
int*mem=new（std:：nothrow）int[1000]；
如果（mem！=0）
返回1；
返回0；
}

谨记C++标准告诉一个正确的程序应该做什么，而不是应该如何做。它根本不能告诉后者，因为新的体系结构可以而且确实在标准编写之后出现，并且标准必须对他们有用

new
不必是引擎盖下的系统调用。有些计算机在没有操作系统和系统调用概念的情况下可用

因此，只要终端行为没有改变，编译器就可以优化任何内容。包括新的

有一个警告。
替换全局运算符new可以在不同的翻译单元中定义
在这种情况下，新产品的副作用可能无法优化消除。但是，如果编译器能够保证新操作符没有副作用，就像发布的代码是整个代码一样，那么优化是有效的。

---

新的can抛出std：：bad_alloc不是一个要求。在这种情况下，当new被优化时，编译器可以保证不会抛出异常，也不会发生副作用。

代码段中可能发生的最坏情况是

new

抛出

std:：bad\u alloc

，这是未经处理的。然后发生的事情是实现定义的

在最佳情况为无操作，最坏情况未定义的情况下，允许编译器将它们考虑为不存在。现在，如果您确实尝试捕获可能的异常：

int main() try {
    int* mem = new int[100];
    return 0;
} catch(...) {
  return 1;
}

。。。然后。

编译器完全可以（但不是必需的）优化原始示例中的分配，根据标准§1.9，在EDIT1示例中更是如此，这通常被称为“假设规则”：

一致性实现需要模拟（仅）抽象机器的可观察行为，如下所述：
[3页条件]

一种更具可读性的表示形式可在网站上找到

有关要点如下：

• 您没有挥发物，因此1）和2）不适用
• 您不输出/写入任何数据或提示用户，因此3）和4）不适用。但是，即使您这样做了，他们也会在EDIT1中感到满意（在最初的示例中也可以这样说，尽管从纯理论的角度来看，这是非法的，因为程序流和输出——理论上——不同，但请参见下面的两段）

一个异常，甚至是一个未捕获的异常，是定义良好（不是未定义！）的行为。但是，严格地说，如果

new

抛出（不会发生，另请参见下一段），可观察到的行为将不同，程序的退出代码和程序后面可能出现的任何输出都会不同

现在，在单个小分配的特殊情况下，您可以给编译器“怀疑的好处”，它可以保证分配不会失败。
即使在内存压力非常大的系统上，当可用的分配粒度小于最小分配粒度时，也不可能启动进程，堆也将在调用

main

之前设置好。因此，如果此分配失败，在调用

main

之前，程序将永远不会启动或已经遇到不正常的结束。
到目前为止，假设编译器知道这一点，即使在理论上分配可能抛出，优化原始示例也是合法的，因为编译器实际上可以保证不会发生这种情况

另一方面，在EDIT2示例中，优化分配是不允许的（正如您所观察到的，编译器错误）。该值用于产生外部可观察的效果（返回代码）。
请注意，如果将

new（std:：nothrow）int[1000]

替换为

new（std:：nothrow）int[1024*1024*1024*1024*1024*1024ll]

（这是一个4TB分配！），这在当今的计算机上保证会失败，它仍然优化了调用。换句话说，它返回1，尽管您编写的代码必须输出0

@雅克对此提出了一个很好的论点：只要内存从未被触动，指针就可以返回，而不需要实际的RAM。到目前为止，在EDIT2中优化分配甚至是合法的。我不确定谁是对的，谁是错的

在一台至少没有两位数千兆字节内存的机器上进行4TB分配几乎肯定会失败，因为操作系统需要创建页表。当然，C++标准不关心页面表，也不关心OS正在提供什么内存，这是正确的。 但另一方面，“如果内存不被触摸，这将工作”的假设确实依赖于这样的细节和操作系统提供的东西。假设未接触的RAM是

int main() try {
    int* mem = new int[100];
    return 0;
} catch(...) {
  return 1;
}

#include <cstddef>

extern void* operator new(std::size_t n);

template<typename T>
T* create() { return new T(); }

int main() {
    auto result = 0;
    for (auto i = 0; i < 1000000; ++i) {
        result += (create<int>() != nullptr);
    }

    return result;
}

main:                                   # @main
    movl    $1000000, %eax          # imm = 0xF4240
    ret