为什么用这个简单的代码生成了如此多的LDR和STR指令？

Question

我有一个简单的C程序:

int main(){    
    unsigned int counter = 0;
    ++counter;
    ++counter;
    ++counter;
    return 0;
}

我使用以下编译标志:

arm-none-eabi-gcc -c -mcpu=cortex-m4 -march=armv7e-m -mthumb 
-mfloat-abi=hard -mfpu=fpv4-sp-d16 -DPART_TM4C123GH6PM -O0 
-ffunction-sections -fdata-sections -g -gdwarf-3 -gstrict-dwarf 
-Wall -MD -std=c99 -c -MMD -MP -MF"main.d" -MT"main.o" -o"main.o"  "../main.c"

(为简洁起见,删除了一些-I指令)

请注意,我故意使用-O0禁用优化,因为我有兴趣了解编译器要优化的内容.

这将编译为ARM Cortex-M4的以下程序集:

6           unsigned int counter = 0;
00000396:   2300                movs       r3, #0
00000398:   607B                str        r3, [r7, #4]
7           ++counter;
0000039a:   687B                ldr        r3, [r7, #4]
0000039c:   3301                adds       r3, #1
0000039e:   607B                str        r3, [r7, #4]
8           ++counter;
000003a0:   687B                ldr        r3, [r7, #4]
000003a2:   3301                adds       r3, #1
000003a4:   607B                str        r3, [r7, #4]
9           ++counter;
000003a6:   687B                ldr        r3, [r7, #4]
000003a8:   3301                adds       r3, #1
000003aa:   607B                str        r3, [r7, #4]

为什么有这么多ldr r3, [r7, #4]和str r3, [r7, #4]指令产生的？为什么r7甚至需要参与,我们不能只使用r3？

Answer 1

如果没有优化(这显然是这样),所有编译器都必须做的是发出指令,这些指令会导致更高级语言定义的行为.完全孤立地对每一个陈述进行天真的对待是自由的,而这正是它在这里所做的事情; 从编译器的角度来看:

• 一个变量声明:那么,我需要一个地方来存储它,我可以通过创建一个堆栈帧(未示出,但r7在此处用作帧指针)来完成.
• 新声明:counter = 0;- 好的,我记得存储counter是在本地堆栈框架中,所以我只选择一个临时寄存器,生成值0并将其存储到该位置,完成工作.
• 新声明:++counter;- 那么,我记得存储counter是在本地堆栈框架中,所以我选择一个临时寄存器,用变量值加载,增加它,然后通过存储结果更新变量的值背部.返回值未使用,请忘掉它.任务完成.
• 新声明:++counter;- 那么,我记得存储counter是在本地堆栈框架中,所以我选择一个临时寄存器,用变量值加载,增加它,然后通过存储结果更新变量的值背部.返回值未使用,请忘掉它.任务完成.由于我是一个软件,我甚至无法理解Déjàvu的人类概念,更不用说体验它了.
• 新声明:++counter;- 那么......

等等.每个声明,完美地编译成精确正确的机器指令.正是你要我做的.如果你想让我在更高层次上推断代码,如果我可以利用这些陈述之间的关系,你应该说些什么......