gcc - 为什么这么简单的代码会生成这么多 LDR 和 STR 指令？

Question

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"

(为简洁起见删除了一些 -I 指令)

请注意，我故意使用 -O0 来禁用优化，因为我有兴趣了解编译器如何进行优化。

这会编译成以下用于 ARM Cortex-M4 的程序集:

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]

为什么会生成这么多ldr r3, [r7, #4] 和str r3, [r7, #4] 指令？为什么甚至需要涉及 r7，我们不能只使用 r3 吗？

Answer 1

没有优化(这显然是)，所有编译器必须做的就是发出指令，这些指令会导致高级语言定义的行为。天真地完全孤立地对待每个陈述是自由的，而这正是它在这里所做的；从编译器的角度来看:

• 变量声明:那么，我需要在某个地方存储它，我可以通过创建堆栈帧来实现(未显示，但 r7 在这里用作帧指针)。
• 新语句:counter = 0; - 好的，我记得 counter 的存储在本地栈帧中，所以我只选择一个暂存寄存器，生成值 0 并将其存储到该位置，工作完成。
• 新语句:++counter; - 就在那时，我记得 counter 的存储在本地栈帧中，所以我选择了一个暂存寄存器，加载用变量的值递增它，然后通过存储结果来更新变量的值。返回值未被使用，所以忽略它。工作完成。
• 新语句:++counter; - 就在那时，我记得 counter 的存储在本地栈帧中，所以我选择了一个暂存寄存器，加载用变量的值递增它，然后通过存储结果来更新变量的值。返回值未被使用，所以忽略它。任务完成。由于我是一个软件，我什至无法理解 Déjà vu 的人类概念，更不用说体验了。
• 新声明:++counter; - 就在那时......

等等。每条语句都完美地编译成机器指令，可以准确地执行正确的操作。 正是你要我做的。如果你想让我在更高层次上推理代码并弄清楚我是否可以利用这些语句之间的关系，你应该说些什么......