C++23 新特性：[[assume(expression)]] 属性

C++23 引入了一个新的属性 [[assume(expression)]]，它为程序员提供了一种向编译器传递额外信息的机制，从而让编译器能够生成更高效的代码。

语法与基本用法

[[assume(expression)]] 的语法非常简单，它只能应用于空语句。例如：

[[assume(x > 0)]];

这行代码告诉编译器在该点处假设 x > 0 为真。需要注意的是，expression 会被上下文转换为布尔类型，但它并不会在运行时被实际求值。

作用与优化原理

该属性的主要目的是为编译器优化提供依据。当编译器知道某个条件总是为真时，它可以进行一些原本无法进行的优化。例如，它可以消除不必要的边界检查、启用更好的循环优化，或者去除冗余的错误处理路径。

以下是一个简单的例子：

void process_positive(double x) {[[assume(x >= 0)]];return std::sqrt(x); // 无需检查负数
}

在这个例子中，由于程序员通过 [[assume(x >= 0)]] 告诉编译器 x 一定非负，编译器就可以省略对负数的检查，从而生成更高效的代码。

使用注意事项

未满足假设时的行为

如果在运行时假设不成立，即 expression 为假，那么程序的行为是未定义的。这意味着可能会出现崩溃、错误结果或其他不可预测的行为。因此，使用 [[assume(expression)]] 时必须非常谨慎，只有在完全确定某个条件总是为真时才能使用。

使用场景

一种合理的使用方式是与断言结合。例如：

assert(x > 0);     // 当 NDEBUG 未定义且 x > 0 为假时触发断言
[[assume(x > 0)]]; // 当 NDEBUG 定义时提供优化机会

这样可以在调试时通过断言检查条件，而在发布版本中通过假设提供优化机会。

示例代码

以下是一个更复杂的示例：

#include <cmath>void f(int& x, int y)
{void g(int);void h();[[assume(x > 0)]]; // 编译器可以假设 x 为正g(x / 2); // 可能生成更高效的代码x = 3;int z = x;[[assume((h(), x == z))]]; // 编译器可以假设 x 在调用 h 后值不变// 假设不会导致 h 被调用h();g(x); // 编译器可以将其替换为 g(3);h();g(x); // 编译器不能将其替换为 g(3);// 假设仅在出现的点有效z = std::abs(y);[[assume((g(z), true))]]; // 编译器可以假设 g(z) 会返回g(z); // 由于上述和以下假设，编译器可以将其替换为 g(10);[[assume(y == -10)]]; // 如果 y != -10 则行为未定义[[assume((x - 1) * 3 == 12)]];g(x); // 编译器可以将其替换为 g(5);
}

总结

C++23 的 [[assume(expression)]] 属性为程序员提供了一种强大的工具，可以显著提升代码的性能。然而，它也带来了潜在的风险，因为如果假设不成立，程序可能会出现未定义行为。因此，在使用时需要仔细权衡，并确保假设的条件总是为真。

总之，[[assume(expression)]] 是 C++23 中一个值得关注的新特性，它为高性能编程提供了更多的可能性。