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2009年(52)

我的朋友

分类: C/C++

2009-08-21 16:53:54

 
“memory”比较特殊,可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它,先介绍一下编译器的优化知识,再看C关键字volatile。最后去看该描述符。

1、编译器优化介绍
   内存访问速度远不及CPU处理速度,为提高机器整体性能,在硬件上引入硬件高速缓存Cache,加速对内存的访问。另外在现代CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行,没有相关性的指令可以乱序执行,以充分利用CPU的指令流水线,提高执行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化:一种是在编写代码时由程序员优化,另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有:将内存变量缓存到寄存器;调整指令顺序充分利用CPU指令流水线,常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候,这些优化是透明的,而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件(或者其他处理器)的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障(memory barrier),linux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。
                            void Barrier(void)
这个函数通知编译器插入一个内存屏障,但对硬件无效,编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存,需要这些数据的时候再重新从内存中读出。

2、C语言关键字volatile
    C语言关键字volatile(注意它是用来修饰变量而不是上面介绍的__volatile__)表明某个变量的值可能在外部被改变,因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器,每次使用时需要重新存取。该关键字在多线程环境下经常使用,因为在编写多线程的程序时,同一个变量可能被多个线程修改,而程序通过该变量同步各个线程,例如:
    DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal)
    {
       int* intSignal=reinterpret_cast(signal);
       *intSignal=2;
       while(*intSignal!=1)
                 sleep(1000);
       return 0;
    }
该线程启动时将intSignal 置为2,然后循环等待直到intSignal 为1 时退出。显然intSignal的值必须在外部被改变,否则该线程不会退出。但是实际运行的时候该线程却不会退出,即使在外部将它的值改为1,看一下对应的伪汇编代码就明白了:
   mov ax,signal
    label:
    if(ax!=1)
              goto label

   对于C编译器来说,它并不知道这个值会被其他线程修改。自然就把它cache在寄存器里面。记住,C 编译器是没有线程概念的!这时候就需要用到volatile。volatile 的本意是指:这个值可能会在当前线程外部被改变。也就是说,我们要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile关键字,这时候,编译器知道该变量的值会在外部改变,因此每次访问该变量时会重新读取,所作的循环变为如下面伪码所示:
   label:
    mov ax,signal
    if(ax!=1)
             goto label

3、Memory
     有了上面的知识就不难理解Memory修改描述符了,Memory描述符告知GCC:
     1)不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序;也就是在执行内嵌汇编代码之前,它前面的指令都执行完毕
     2)不要将变量缓存到寄存器,因为这段代码可能会用到内存变量,而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变,因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存,如果后面又访问这些变量,需要重新访问内存。

   如果汇编指令修改了内存,但是GCC 本身却察觉不到,因为在输出部分没有描述,此时就需要在修改描述部分增加“memory”,告诉GCC 内存已经被修改,GCC 得知这个信息后,就会在这段指令之前,插入必要的指令将前面因为优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存,如果以后又要使用这些变量再重新读取。

   使用“volatile”也可以达到这个目的,但是我们在每个变量前增加该关键字,不如使用“memory”方便。

C语言关键字volatile表明某个变量的值可能在外部被改变,因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器,每次使用时需要重新存取。
    该关键字在多线程环境下经常使用,因为在编写多线程的程序时,同一个变量可能被多个线程修改,而程序通过该变量同步各个线程。对于C编译器来说,它并不知道这个值会被修改,自然就把它cache在寄存器里面。
    C编译器是没有线程概念的,这时候就需要用到volatile。
    volatile的本意是指这个值可能会在当前线程外部被改变,也就是说,我们要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile关键字,这时候,编译器知道该变量的值会在外部改变,因此每次访问改变量时会重新读取。
 
 
    const可定义一个常量。如:int const a;
    那么,既然a的值不能被修改,如何让a拥有一个值呢?两种方法:
    第一,在定义时对它初始化,如:int const a=10;
    第二,在函数声明为const的形参在函数被调用时会得到实参的值。
 
    需要强调的是牵涉到指针变量的情况。如下所示:
    int const *a;
    int *const a;
    当const写在关键字之后时,查看const究竟指定了何种数据类型为常量要看const之前的数据类型。在第一条语句中,const指定常量的对象是整形数据,即指针a所指向的内存单元的整型内容,因此,该整型数据是不可被改变的,而a这个指针本身的值(地址)是可以被改变的。
    在第二个语句中,const指定常量的对象是指向整形数据的指针,则该指针本身(地址)的值是不可被改变的,而该指针所指向的内存单元的内容则是可以改变的。
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