GCC 优化问题和行为

Question

我在 Eclipse 上运行 gcc 时遇到了优化问题。 我有一个程序在 -O0 优化级别下运行良好，但我需要打开其他优化级别，因为我的软件使用了太多闪存空间。 但是当我使用 -O1 优化级别（例如）时，我的代码不再工作，我需要使用 UART 外设管理功能进行如下所述的奇怪修改。

使用 -O0 运行良好的代码

void function(...)
{
   // Send char one by one on UART peripheral
   UART_put_char(...)

   // Wait end of transmission on UART
   while(end_of_transmission_flag == flase);
}

void UART_TxCompleteCallback()
{
   // Change flag state
   end_of_transmission_flag = true;
}

对 -O1 进行修改的代码

void function(...)
{
   // Send char one by one on UART peripheral
   UART_put_char(...)

   // Wait end of transmission on UART
   while(end_of_transmission_flag == flase)
   {
      Dummy = Dummy == 0 ? 1 : 0;
   }
}


void UART_TxCompleteCallback()
{
   // Change flag state
   end_of_transmission_flag = true;
}

我想知道为什么 gcc 强迫我做这种修改，我是否需要改变我对代码设计的“思维方式”。或者有这种行为的解释吗？

感谢您的建议。

Answer 1

正如 cmets 中所说，您应该将 end_of_transmission_flag 声明为 volatile 以确保编译器在优化期间不会删除循环。通过声明变量volatile，编译器知道该变量将在其他地方更新。

但要调试您的问题，您不应一次更改所有带有“-O1”的文件，而应尝试将一些文件移动到-O1 并将一些文件保留在-O0。

您也可以在本地禁用 GCC 优化：

#pragma GCC push_options
#pragma GCC optimize ("O0")

// your code

#pragma GCC pop_options

请注意，在嵌入式中访问硬件寄存器时必须遵守操作顺序。编译优化有时/经常改变顺序。将volatile 与寄存器地址一起使用可确保操作的顺序。

Answer 2

启用优化后，编译器会尝试尽可能多地保存冗余代码。这一行：

while(end_of_transmission_flag == false);

不断检查从未修改过的变量（从编译器的角度来看）。此外，该行什么也不做（再次从编译器的角度来看）。实际上，这行做一些事情：它一直等到标志改变状态。但是编译器不够聪明，无法理解这一点。所以你必须通过将标志变量声明为volatile来帮助它。这样做，您警告编译器变量可以在后台更改状态（即，在中断中）。编译器现在知道它不能依赖变量 似乎 永远不会被修改的事实——它不能“缓存”它的值来生成更快的代码。

请注意，即便如此，整行仍然什么都不做（循环内没有要执行的代码）；但通常情况下，在这种情况下，编译器会理解无论如何都必须执行循环。

你的把戏“Dummy = Dummy == 0 ? 1 : 0;”似乎对编译器有一些影响，我无法向自己解释。但是，正如您已经想到的那样，这似乎真的很奇怪。该技巧解决了不执行任何操作的语句的问题，迫使编译器在循环内生成代码。但这只是问题的一半，无论如何，一个非常聪明的编译器可能会想“我为什么要编译代码来为一个从未使用过的变量赋值？当这种情况发生时，编译器经常用类似“警告：分配给 xxxxx 的值从未使用”之类的警告。

最后，将 end_of_transmission_flag 声明为 volatile。

只是一个想法：许多编程语言生来就不能很好地应对硬件（端口 I/O、中断、DMA 等），C 也不例外：它迫使程序员使用奇怪的声明、编译指示、编译旗帜等。另一方面，像“while(end_of_transmission_flag == false);”这样的行有点模棱两可；真正的行应该是类似“wait_until_true(end_of_transmission_flag);”的内容。这样的事情可以由语言或环境提供（通过宏、库、硬件支持或其他方式）。