编译开启优化时指令重排

环境：ubuntu gcc version 4.8.2

编译器就程序员写的代码变成CPU能理解机器代码。编译器的指令重排指开启编译器优化后，在不影响代码行为的前提下，代码的顺序会发生改变。

测试代码：

#include <stdio.h>

int a , b;

void main()
{
    a = b + 1;
    b = 0x00;
    return;
}

首先，不开启编译器优化，执行指令：

gcc -S foo.c

生成汇编指令：

.file    "foo.c"
    .comm    a,4,4
    .comm    b,4,4
    .text
    .globl    main
    .type    main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushl    %ebp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    .cfi_offset 5, -8
    movl    %esp, %ebp
    .cfi_def_cfa_register 5
    movl    b, %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, a
    movl    $0, b
    nop
    popl    %ebp
    .cfi_restore 5
    .cfi_def_cfa 4, 4
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size    main, .-main
    .ident    "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

代码中红色加粗的部分就是a=b+1,b=0的汇编指令。

然后，开启编译器优化，执行命令：

gcc -O2 -S foo.c

生成汇编代码：

.file    "foo.c"
    .section    .text.startup,"ax",@progbits
    .p2align 4,,15
    .globl    main
    .type    main, @function
main:
.LFB24:
    .cfi_startproc
    movl    b, %eax
    movl    $0, b
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, a
    ret
    .cfi_endproc
.LFE24:
    .size    main, .-main
    .comm    b,4,4
    .comm    a,4,4
    .ident    "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

代码中红色加粗的部分就是a=b+1,b=0的汇编指令。

未开优化的代码：

    movl    b, %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, a
    movl    $0, b

开启优化的代码：

    movl    b, %eax
    movl    $0, b
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, a

对比后，发现为开启优化的代码执行顺序是a=b+1,b=0, 而开启优化后的代码执行顺序是b=0,a=b+1。

单核CPU系统中，可以通过compiler barriers来防止编译器优化导致的顺序重排。

#include <stdio.h>

int a , b;

void main()
{
    a = b + 1;
    asm volatile("" ::: "memory");
    b = 0x00;
    return;
}

开启优化后，不会打乱代码的执行顺寻。