c语言内嵌汇编代码之volatile究竟何时用

在阅读本文之前，请先阅读gcc的相关文档，确保对如何在c中使用汇编语言有个基本的认识。

文档地址为：

https://gcc.gnu.org/onlinedoc...

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• basic asm 以及没有 output operands 的 extended asm 默认就是volatile 的，所以它们不用显式指定 volatile。
• volatile 的最终目的是为了防止gcc的某些错误优化，所以它只需要用在那些可能发生错误优化的地方，滥用 volatile 会导致本应该优化的代码无法优化，最终导致性能损耗。
• gcc如果发现 asm 语句的 output operands 在c语言中没有被使用，则优化后的代码可能会直接移除该语句。
• gcc如果认为一个c函数中的多条相同的asm语句的 output operands 结果相同，则可能会只保留其中一条asm语句，在该c函数使用到这条 asm语句 output operands 的地方，统一用相同的结果（比如，如果asm语句在循环中，则会提到循环外，如果asm语句在一个c函数中被顺序执行，则只保留第一条asm语句，删除后面的asm语句）。
• 上面两个优化场景就是gcc可能发生错误优化的地方，这些地方要注意是否要使用 volatile。
• volatile 无法保证多条asm语句在优化前后顺序相同，如果要保证顺序，可以把多条asm语句中的汇编代码都写到一个asm语句里。

下面用示例讲解下相关概念：

#include <assert.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

void do_check(uint32_t dwSomeValue) {
  uint32_t dwRes;
  asm("bsfl %1,%0" : "=r"(dwRes) : "r"(dwSomeValue) : "cc");
  assert(dwRes == 3);
}

int main(int argc, char *argv[]) { do_check(8); }

编译后再以汇编形式查看do_check方法：

$ gcc -O3 main.c && objdump --disassemble=do_check a.out
0000000000001190 <do_check>:
    1190:  0f bc ff               bsf    %edi,%edi
    1193:  83 ff 03               cmp    $0x3,%edi
    1196:  75 01                  jne    1199 <do_check+0x9>
    1198:  c3                     retq
    1199:  50                     push   %rax
    119a:  e8 c1 ff ff ff         callq  1160 <do_check.part.0>

由于assert宏中使用了asm语句中的输出参数dwRes，所以即使asm语句没有指定volatile，do_check方法也是在正常执行的。

下面看下把assert方法去掉之后的do_check汇编代码：

$ gcc -O3 -D NDEBUG main.c && objdump --disassemble=do_check a.out
0000000000001130 <do_check>:
    1130:  c3                     retq

由上可见，因为我们在执行gcc时加了-D NDEBUG参数，定义了NDEBUG宏，所以上面的assert宏最终会变为空指令。

也就是说，do_check方法中没有任何地方在使用asm语句中的输出参数dwRes，所以gcc就会在优化后的代码中删除掉该asm语句，所以上面的do_check方法最终变成了空方法。

那我们将上面的asm语句加上volatile再试下：

void do_check(uint32_t dwSomeValue) {
  uint32_t dwRes;
  asm volatile("bsfl %1,%0" : "=r"(dwRes) : "r"(dwSomeValue) : "cc");
  assert(dwRes == 3);
}

编译后再以汇编形式查看do_check方法：

$ gcc -O3 -D NDEBUG main.c && objdump --disassemble=do_check a.out
0000000000001130 <do_check>:
    1130:  0f bc ff               bsf    %edi,%edi
    1133:  c3                     retq

由上可以看到，这次即使指定了-D NDEBUG参数，使assert宏变成了空操作，导致do_check方法中没有任何地方使用dwRes变量，但由于volatile的存在，该asm语句还是没有被优化掉。

通过上面的例子，我们就可以看到 volatile 是如何防止 gcc 优化代码的，但是在上面的例子中，该优化是一个正确的优化，所以不应该加 volatile。

如果有其他的asm语句，虽然它的输出参数没有被使用，但也不应该被优化掉，这个时候就应该使用 volatile 了。

希望对你有所帮助。

完。

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