gcc 11.1 中 volatile 的不合格优化

Question

在编写有关编译器必须如何处理的答案时volatile，我相信我可能偶然发现了 gcc 错误，并希望有人在我报告之前进行验证。

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我写了一个简单的函数，如下所示：

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int foo (int a, int b, int c)\n{\n  b = a + 1;\n  c = b + 1;\n  a = c + 1;\n  return a;\n}\n

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如果不进行优化，这会导致大量无意义的数据来回移动。通过优化，编译器只需获取存储位置的寄存器a，然后加 3 并返回该结果。讲 x86lea eax, [rdi+3]和ret. 这是预料之中的，到目前为止一切都很好。

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为了演示排序和易失性访问，我将示例更改为：

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int foo (int a, int b, int c)\n{\n  b = a + 1;\n  c = *(volatile int*)&b + 1;\n  a = c + 1;\n  return a;\n}\n

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这里有一个对内容的左值访问，b它是 volatile 限定的，据我所知，编译器绝对不允许优化该访问¹⁾。从 gcc 4.1.2 （可能更早）到 gcc 10.3 我得到了一致的行为（在 clang 中也是如此）。即使使用以下命令，x86 机器代码也看起来像这样-O3：

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foo:\n        add     edi, 1\n        mov     DWORD PTR [rsp-4], edi\n        mov     eax, DWORD PTR [rsp-4]\n        add     eax, 2\n        ret\n

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然后我在 gcc 11.1 及更高版本上尝试相同的操作，现在我得到：

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foo:\n        lea     eax, [rdi+3]\n        ret\n

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https://godbolt.org/z/e5x74z3Kb

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ARM gcc 11.1 做了类似的事情。

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这是编译器错误吗？

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¹⁾参考文献：ISO/IEC 9899:2018 5.1.2.3，特别是 \xc2\xa72、\xc2\xa74 和 \xc2\xa76。

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Answer 1

将地址传递给非内联函数会使 GCC 尊重volatile稍后访问（可能更早，未检查）对函数 arg 或 local 的强制转换。 https://godbolt.org/z/cssveev7n

我复制了该行，并且由于使用 GCC 主干的易失性转换，c = asm 包含两个负载。b

void bar(void*);
int foo (int a, int b, int c)
{
  bar(&b);              // b's address has now "escaped" - potentially globally visible
  b = a + 1;

  c = *(volatile int*)&b + 1;
  c = *(volatile int*)&b + 1;   // both accesses present.
  a = c + 1;
  return a;
}

# GCC trunk -O3 -fverbose-asm
        call    bar     #
        mov     DWORD PTR [rsp+12], ebx   # b, tmp89
        mov     eax, DWORD PTR [rsp+12]   # _2, MEM[(volatile int *)&b]
        mov     eax, DWORD PTR [rsp+12]   # _3, MEM[(volatile int *)&b]
 ... 
        add     eax, 2
        ret

因此，这似乎是无辜的，除非在某些微基准用例中；它不会使用此类强制转换来破坏手动原子操作，例如Linux 内核的READ_ONCE/WRITE_ONCE宏。

仍然可以说违反了 ISO C 规则，如果int用volatile int. 如果不是，则只有 GCC 定义行为，所以这取决于 GCC。我将其发布更多是作为一个数据点，而不是关于问题的这方面的任一方向的争论。