c - 是否允许编译器通过重新排序局部变量来优化堆栈内存使用？

Question

考虑以下程序:

#include <stdio.h>

void some_func(char*, int*, char*);

void stack_alignment(void) {
    char a = '-';
    int i = 1337;
    char b = '+';
    some_func(&a, &i, &b); // to prevent the compiler from removing the local variables
    printf("%c|%i|%c", a, i, b);
}

它生成如下程序集(注释是我自己加的，我是程序集的新手):

$ vim stack-alignment.c
$ gcc -c -S -O3 stack-alignment.c
$ cat stack-alignment.s
        .file   "stack-alignment.c"
        .section .rdata,"dr"
LC0:
        .ascii "%c|%i|%c\0"
        .text
        .p2align 2,,3
        .globl  _stack_alignment
        .def    _stack_alignment;       .scl    2;      .type   32;     .endef
_stack_alignment:
LFB7:
        .cfi_startproc
        subl    $44, %esp
        .cfi_def_cfa_offset 48
        movb    $45, 26(%esp)    // local variable 'a'
        movl    $1337, 28(%esp)  // local variable 'i'
        movb    $43, 27(%esp)    // local variable 'b'
        leal    27(%esp), %eax
        movl    %eax, 8(%esp)
        leal    28(%esp), %eax
        movl    %eax, 4(%esp)
        leal    26(%esp), %eax
        movl    %eax, (%esp)
        call    _some_func
        movsbl  27(%esp), %eax
        movl    %eax, 12(%esp)
        movl    28(%esp), %eax
        movl    %eax, 8(%esp)
        movsbl  26(%esp), %eax
        movl    %eax, 4(%esp)
        movl    $LC0, (%esp)
        call    _printf
        addl    $44, %esp
        .cfi_def_cfa_offset 4
        ret
        .cfi_endproc
LFE7:
        .def    _some_func;     .scl    2;      .type   32;     .endef
        .def    _printf;        .scl    2;      .type   32;     .endef

如您所见，有 3 个局部变量(a、i 和 b)，大小分别为 1 字节、4 字节和1个字节。包括填充在内，这将是 12 字节(假设编译器对齐到 4 字节)。

如果编译器将变量的顺序更改为 (a, b, i) 会不会更有效率？ ？那么只需要 8 个字节。

这里是“图形”表示:

    3 bytes unused                  3 bytes unused
     vvvvvvvvvvv                     vvvvvvvvvvv
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
| a |   |   |   | i             | b |   |   |   |
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+

                |
                v

+---+---+---+---+---+---+---+---+
| a | b |   |   | i             |
+---+---+---+---+---+---+---+---+
         ^^^^^^^
      2 bytes unused

是否允许编译器进行这种优化(根据 C 标准等)？

• 如果不是(正如我认为程序集输出显示的那样)，为什么？
• 如果是，为什么上面没有发生这种情况？

Answer 1

编译器可以随意布局局部变量。它甚至不需要使用堆栈。

如果使用栈，可以将局部变量按照与声明顺序无关的顺序存储在栈上。

Is the compiler allowed to do this optimization (by the C standard etc.)?

• If yes, why doesn't that happen above?

好吧，这是优化吗？

这还不清楚。它少用了几个字节，但这并不重要。但在某些体系结构上，如果 char 以字对齐方式存储，则读取它可能会更快。因此，将 char 并排放置至少会迫使其中之一不进行字对齐，从而使阅读速度变慢。