Gcc 为什么用这个简单的代码生成这么多LDR和STR指令？

我有一个简单的C程序：

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

我正在使用以下编译标志：

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"

（为了简洁起见，删除了一些-I指令）

请注意，我故意使用

-O0

禁用优化，因为我想了解编译器如何优化

这将编译为ARM Cortex-M4的以下部件：

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]

---

为什么生成了这么多

ldr3、[r7，#4]

和

strr3、[r7，#4]

指令？为什么

r7

甚至需要参与，难道我们不能只使用

r3

？

而不进行优化（这显然是），编译器必须做的就是发出指令，导致更高级语言定义的行为。它可以完全孤立地天真地对待每一项声明，而这正是它在这里所做的；从编译器的角度来看：

• 一个变量声明：那么，我需要一个存储它的地方，我可以通过创建一个堆栈帧来实现这一点（未显示，但是

  r7

  在这里被用作帧指针）
• 新语句：

  计数器=0-好的，我记得
  计数器
  的存储在本地堆栈帧中，所以我只需选择一个暂存寄存器，生成值0并将其存储到该位置，作业完成

• 新语句：

  ++计数器

  -就在那时，我记得

  计数器的存储在本地堆栈帧中，所以我选择一个暂存寄存器，用变量的值加载它，增加它，然后通过存储结果来更新变量的值。返回值未使用，因此请忽略它。工作完成了

• 新语句：

  ++计数器

  -就在那时，我记得

  计数器的存储在本地堆栈帧中，所以我选择一个暂存寄存器，用变量的值加载它，增加它，然后通过存储结果来更新变量的值。返回值未使用，因此请忽略它。工作完成了。因为我是一个软件的一部分，我甚至不能理解人类对似曾相识的概念，更不用说体验它了

• 新语句：

  ++计数器-那就

---

等等。每一条语句，完美地编译成机器指令，做正确的事情。正是你让我做的。如果您想让我在更高的层次上对代码进行推理，并确定我是否可以利用这些语句之间的关系，那么您应该说点什么…

如果计数器变量未声明为volatile，并且如果您为size（-Os参数）设置了优化，gcc将使用 movs rn，#3

---

str rn，[变量地址]

您忘记启用优化了吗？您也没有说您正在使用的编译器。r7显然被用作局部变量的基址，在本例中，r7+4是计数器的地址。如前所述，似乎未启用优化。优化编译器可能会检测到计数器从未在main之外使用，并完全忽略它，因此main（）只会变成一个返回值0。你完全正确，如果我使用

-O1

，那么所有指令都会被删除，函数返回0。

-O0

会在每个语句后将所有内容溢出到内存中，因此，您可以在调试器中更改任何内容，它将产生“预期”效果。这就是为什么

-O0

代码是如此嘈杂和可怕，作为人类阅读。它不仅仅是“未优化”，它还反映了更多关于gcc内部的信息，而不是简单的由人直接翻译成asm的内容。实际上，您应该编写函数，获取参数并返回结果，这样它们就不会在

-O3

上进行优化。执行此操作可获得格式良好的asm，并在编辑后自动重新编译。（不幸的是，Matt安装的最新ARM编译器仅为g++4.8，但对于C++11 std:：atomic来说，如果您想在启用优化的情况下强制内存访问，这仍然足够新。）或者换句话说，实际上，禁用了优化（默认的

-O0

）=gcc/clang的调试模式，因此，他们有意将每个C语句编译成单独的asm块。这允许GDB使用

jump

命令跳转到其他源代码行，让一切都像在C抽象机器中跳转一样工作

-O0

不仅仅是试图优化，它还需要进行反优化，就像一切都是不稳定的一样。