Visual C++ 2008のReleaseビルドで時間稼ぎのコードが飛ばされる問題：原因と解決策を徹底解説

この記事では、Visual C++ 2008を使用してC++プログラムを開発している方が直面する可能性のある問題、特にReleaseビルドで時間稼ぎのコードが意図した通りに動作しない現象について、その原因と具体的な解決策を詳細に解説します。C++プログラミングの経験があり、特にWindows環境での開発に携わっている方を主な対象読者とし、デバッグとリリースビルドの違い、コンパイラの最適化、そしてコードの修正方法に焦点を当てます。この問題に直面している開発者の方々が、効率的に問題を解決し、より安定したプログラムを構築できるよう、具体的なステップと実践的なアドバイスを提供します。

Visual C++ 2008のexeファイルの仕様が分かりません。今C++ 2008を使い下記のプログラムを作成しました。このプログラムでは”for(a=0;a<=900000000;a++);”の時間稼ぎの部分がとても重要になっているのです。

下記のプログラムを単に「デバック開始」や「デバックなしで開始」で行うと時間稼ぎの部分がしっかり働きます。しかしいざ配布可能なexeファイルを作ってみると何故かこの時間稼ぎの部分が飛ばされているようになり数秒もせずに終わってしまうのです。このexeファイルを作成した方法は「ソリューションの構成」→「DegugをReleaseへ変更」→「ビルド」→「ソリューションのリビルド」を行い作成したものです。ですので「プロジェクトのプロパティ」などは一切手を触れていません。初期状態のままです。

もしかしたらこの作成方法が間違っているのかと思い質問をしました。

ちなみにですが、「ソリューションの構成」を「Degug」にした状態(通常状態)ではしっかりと時間稼ぎの部分が働きます。しかし配布可能なexeを作成するとこのような現象になります。また、念のために「ソリューションの構成」を「Release」にした状態で「デバック」をしてみました。すると時間稼ぎの部分が省かれていました。この現象は単に「Release」機能やVisual C++ 2008の仕様の問題でしょうか？もしそうなのであれば諦めるしかないですが・・・。

なのでこれは個人的な見解なのですが「Release」でデバックするとこういう単なる”for(a=0;a<=900000000;a++);”の部分は処理されないのではと思うのですがどうでしょうか？

下記はそのプログラムです。今回実現したい動作内容は、配布可能なexeファイルを作成するために「Release」でビルドをして作成する。その作成したexeファイルでもしっかりと”for(a=0;a<=900000000;a++);”の動作を確認したい。です。

    #include<stdio.h>
    int main()
    {
     int a,b;
     printf("このメッセージのあと数秒後に「こんにちは」と表示されます。nn");
     for(a=0;a<=900000000;a++);printf("「こんにちは」nn");
     printf("終了するには[9]を押して下さい。");
     scanf("%d", &b);

     return 0;
    }

実際に行っていただけると分かると思います。

よろしくお願いします。

問題の本質：Releaseビルドと最適化

ご質問の現象は、Visual C++ 2008のReleaseビルドにおけるコンパイラの最適化が原因で発生しています。Releaseビルドは、プログラムの実行速度を向上させるために、様々な最適化を行います。その中には、不要と思われるコードの削除や、処理の順序変更などが含まれます。今回のケースでは、forループ内の処理がコンパイラによって「不要」と判断され、最適化によって削除されてしまった可能性があります。

なぜ最適化が起こるのか

コンパイラは、コードの振る舞いを解析し、プログラムの実行速度を向上させるための様々な最適化を行います。主な理由は以下の通りです。

不要なコードの削除: コンパイラは、プログラムの実行に影響を与えないコード（例えば、結果が使用されない計算など）を削除します。
ループの最適化: ループの展開や、ループ内の計算の効率化を行います。
インライン展開: 関数呼び出しを、その関数のコードで置き換えることで、オーバーヘッドを削減します。

解決策：最適化を回避し、時間稼ぎを確実に実行させる方法

この問題を解決するためには、コンパイラが時間稼ぎのコードを最適化しないように、何らかの形で「意味のある処理」として認識させる必要があります。以下の方法を検討できます。

1. 変数の使用

forループ内で計算した値を、何らかの形で利用することで、コンパイラがそのコードを削除するのを防ぐことができます。例えば、ループ内で計算した値を別の変数に加算し、最後にその変数の値を表示するなどです。これにより、コンパイラはループが何らかの計算を行っていると認識し、最適化を抑制する可能性があります。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b;
    long long sum = 0; // ループの結果を格納する変数
    printf("このメッセージのあと数秒後に「こんにちは」と表示されます。nn");
    for (a = 0; a <= 900000000; a++) {
        sum += a; // ループ内で計算を行い、sumに加算
    }
    printf("「こんにちは」nn");
    printf("sumの値: %lldn", sum); // sumの値を表示
    printf("終了するには[9]を押して下さい。");
    scanf("%d", &b);
    return 0;
}

この方法では、sum変数の値を最後に表示することで、コンパイラはループが計算を行っていると認識し、最適化を抑制する可能性が高まります。ただし、コンパイラの最適化レベルによっては、この方法でも最適化が行われる可能性があることに注意してください。

2. volatileキーワードの使用

volatileキーワードは、変数の値が外部要因（ハードウェアや他のスレッドなど）によって変更される可能性があることをコンパイラに通知します。これにより、コンパイラは変数の値を最適化によってキャッシュしたり、不要な操作を削除したりすることを抑制します。ただし、volatileは本来、マルチスレッド環境やハードウェアレジスタへのアクセスなど、特定の状況で使用されるものであり、時間稼ぎの目的には不適切かもしれません。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b;
    volatile int dummy = 0; // volatileキーワードを使用
    printf("このメッセージのあと数秒後に「こんにちは」と表示されます。nn");
    for (a = 0; a <= 900000000; a++) {
        dummy++; // volatile変数を使用
    }
    printf("「こんにちは」nn");
    printf("終了するには[9]を押して下さい。");
    scanf("%d", &b);
    return 0;
}

この例では、dummy変数をvolatileとして宣言し、ループ内でその値をインクリメントしています。これにより、コンパイラはdummy変数の値を最適化しないように振る舞う可能性があります。

3. アセンブリ言語の利用

最も確実な方法は、アセンブリ言語を使用して、特定の時間だけCPUをビジー状態にするコードを記述することです。アセンブリ言語は、コンパイラの最適化の影響を受けにくく、より細かく制御できます。ただし、アセンブリ言語の知識が必要となり、移植性も低下する可能性があります。

#include <stdio.h>

int main() {
    int b;
    printf("このメッセージのあと数秒後に「こんにちは」と表示されます。nn");

    // アセンブリ言語で時間稼ぎ
    __asm {
        mov ecx, 900000000
    loop_start:
        loop loop_start
    }

    printf("「こんにちは」nn");
    printf("終了するには[9]を押して下さい。");
    scanf("%d", &b);
    return 0;
}

この例では、__asmブロックを使用してアセンブリ言語のコードを埋め込んでいます。loop命令は、指定された回数だけループを実行します。この方法では、コンパイラの最適化を回避し、確実に時間稼ぎを行うことができます。

4. Sleep関数の利用

より簡単な方法は、Sleep関数を使用することです。Sleep関数は、指定されたミリ秒数だけ現在のスレッドを一時停止させます。この方法は、時間稼ぎの目的には直接的であり、移植性も高いため、推奨される方法の一つです。

#include <stdio.h>
#include <windows.h> // Sleep関数を使用するために必要

int main() {
    int b;
    printf("このメッセージのあと数秒後に「こんにちは」と表示されます。nn");
    Sleep(3000); // 3秒間スリープ
    printf("「こんにちは」nn");
    printf("終了するには[9]を押して下さい。");
    scanf("%d", &b);
    return 0;
}

この例では、Sleep(3000)を使用して、3秒間スレッドを一時停止させています。これにより、プログラムは3秒間待機し、その後「こんにちは」と表示されます。

Releaseビルドで注意すべき点

Releaseビルドでは、最適化が有効になるため、デバッグビルドとは異なる動作をすることがあります。特に、以下の点に注意が必要です。

初期化されていない変数の値: デバッグビルドでは、初期化されていない変数が特定の初期値を持つことがありますが、Releaseビルドでは、その値が不定になる可能性があります。
コードの順序: コンパイラは、コードの実行順序を変更することがあります。これにより、デバッグビルドでは問題なく動作していたコードが、Releaseビルドでは予期せぬ結果をもたらすことがあります。
インライン展開: 関数がインライン展開されると、デバッグ情報が失われ、デバッグが困難になることがあります。

デバッグとリリースビルドの使い分け

デバッグビルドとリリースビルドは、それぞれ異なる目的で使用されます。

デバッグビルド: プログラムのデバッグ、テスト、および開発に使用されます。最適化は通常無効になっており、詳細なデバッグ情報が含まれています。
リリースビルド: 最終的な製品版のビルドに使用されます。最適化が有効になり、実行速度が向上します。デバッグ情報は通常含まれていません。

開発段階では、デバッグビルドを使用してコードをテストし、問題がないことを確認した後、リリースビルドで最終的な製品を作成することをお勧めします。

まとめ

Visual C++ 2008のReleaseビルドで時間稼ぎのコードが飛ばされる問題は、コンパイラの最適化が原因です。この問題を解決するためには、変数の使用、volatileキーワードの使用、アセンブリ言語の利用、またはSleep関数の利用など、いくつかの方法があります。それぞれの方法にはメリットとデメリットがあり、状況に応じて最適な方法を選択する必要があります。また、Releaseビルドでは、デバッグビルドとは異なる動作をすることがあるため、注意が必要です。デバッグとリリースビルドを適切に使い分けることで、より安定したプログラムを開発することができます。

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