c++ - 了解volatile asm与volatile变量

我们考虑以下程序，这只是定时循环:

#include <cstdlib>

std::size_t count(std::size_t n)
{
#ifdef VOLATILEVAR
    volatile std::size_t i = 0;
#else
    std::size_t i = 0;
#endif
    while (i < n) {
#ifdef VOLATILEASM
        asm volatile("": : :"memory");
#endif
        ++i;
    }
    return i;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    return count(argc > 1 ? std::atoll(argv[1]) : 1);
}

为了便于阅读，具有volatile变量和volatile asm的版本如下:

#include <cstdlib>

std::size_t count(std::size_t n)
{
    volatile std::size_t i = 0;
    while (i < n) {
        asm volatile("": : :"memory");
        ++i;
    }
    return i;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    return count(argc > 1 ? std::atoll(argv[1]) : 1);
}

在g++ 8和g++ -Wall -Wextra -g -std=c++11 -O3 loop.cpp -o loop下进行编译的时间大致如下:

default: 0m0.001s

-DVOLATILEASM: 0m1.171s

-DVOLATILEVAR: 0m5.954s

-DVOLATILEVAR -DVOLATILEASM: 0m5.965s

我的问题是:为什么？默认版本是正常的，因为编译器已对循环进行了优化。但是我很难理解为什么-DVOLATILEVAR比-DVOLATILEASM长得多，因为两者都应强制循环运行。

Compiler explorer为count提供以下-DVOLATILEASM函数:

count(unsigned long):
  mov rax, rdi
  test rdi, rdi
  je .L2
  xor edx, edx
.L3:
  add rdx, 1
  cmp rax, rdx
  jne .L3
.L2:
  ret

以及-DVOLATILEVAR(和组合的-DVOLATILEASM -DVOLATILEVAR):

count(unsigned long):
  mov QWORD PTR [rsp-8], 0
  mov rax, QWORD PTR [rsp-8]
  cmp rdi, rax
  jbe .L2
.L3:
  mov rax, QWORD PTR [rsp-8]
  add rax, 1
  mov QWORD PTR [rsp-8], rax
  mov rax, QWORD PTR [rsp-8]
  cmp rax, rdi
  jb .L3
.L2:
  mov rax, QWORD PTR [rsp-8]
  ret

为什么会这样呢？为什么变量的volatile限定条件阻止编译器执行与asm volatile相同的循环？

最佳答案

当您制作i volatile时，您告诉编译器它不知道的内容可以更改其值。这意味着每次使用它时都必须加载它的值，并且每次写入它时都必须存储它。当i不是volatile时，编译器可以优化该同步。

关于c++ - 了解volatile asm与volatile变量，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/50935690/