gcc - LLVM 中的内联 NOP 未优化

Question

我正在研究 this overview 中的示例使用 GCC 编译内联 ARM 汇编的过程。我使用的是 llvm-gcc 4.2.1，而不是 GCC，并且正在编译以下 C 代码:

#include <stdio.h>
int main(void) {
    printf("Volatile NOP\n");
    asm volatile("mov r0, r0");
    printf("Non-volatile NOP\n");
    asm("mov r0, r0");
    return 0;
}

使用以下命令:

llvm-gcc -emit-llvm -c -o compiled.bc input.c
llc -O3 -march=arm -o output.s compiled.bc

我的output.s ARM ASM 文件如下所示:

    .syntax unified
    .eabi_attribute 20, 1
    .eabi_attribute 21, 1
    .eabi_attribute 23, 3
    .eabi_attribute 24, 1
    .eabi_attribute 25, 1
    .file   "compiled.bc"
    .text
    .globl  main
    .align  2
    .type   main,%function
main:                                   @ @main
@ BB#0:                                 @ %entry
    str lr, [sp, #-4]!
    sub sp, sp, #16
    str r0, [sp, #12]
    ldr r0, .LCPI0_0
    str r1, [sp, #8]
    bl  puts
    @APP
    mov r0, r0
    @NO_APP
    ldr r0, .LCPI0_1
    bl  puts
    @APP
    mov r0, r0
    @NO_APP
    mov r0, #0
    str r0, [sp, #4]
    str r0, [sp]
    ldr r0, [sp, #4]
    add sp, sp, #16
    ldr lr, [sp], #4
    bx  lr
@ BB#1:
    .align  2
.LCPI0_0:
    .long   .L.str

    .align  2
.LCPI0_1:
    .long   .L.str1

.Ltmp0:
    .size   main, .Ltmp0-main

    .type   .L.str,%object          @ @.str
    .section    .rodata.str1.1,"aMS",%progbits,1
.L.str:
    .asciz   "Volatile NOP"
    .size   .L.str, 13

    .type   .L.str1,%object         @ @.str1
    .section    .rodata.str1.16,"aMS",%progbits,1
    .align  4
.L.str1:
    .asciz   "Non-volatile NOP"
    .size   .L.str1, 17

这两个 NOP 位于各自的 @APP/@NO_APP 对之间。我的期望是，由于 -O3 标志，不带 volatile 关键字的 asm() 语句将被优化而不存在，但显然两个内联汇编语句都保留下来。

为什么 asm("mov r0, r0") 行无法被识别并作为 NOP 删除？

Answer 1

如Mystical和 Mārtiņš Možeiko描述了编译器没有优化代码；即，更改说明。编译器所做的优化是指令的调度时间。当您使用 volatile 时，编译器将不会重新调度。在您的示例中，重新调度将在printf之前或之后移动。

编译器可能进行的另一个优化是获取C值来为您注册。寄存器分配对于优化非常重要。。这不会优化汇编器，但允许编译器对函数内的其他代码执行合理的操作。

要查看 volatile 的效果，这里是一些示例代码，

int example(int test, int add)
{
  int v1=5, v2=0;
  int i=0;
  if(test) {
    asm volatile("add %0, %1, #7" : "=r" (v2) : "r" (v2));
    i+= add * v1;
    i+= v2;
  } else {
    asm ("add %0, %1, #7" : "=r" (v2) : "r" (v2));
    i+= add * v1;
    i+= v2;
  }
  return i;
}

除了 volatile 之外，这两个分支具有相同的代码。 gcc 4.7.2 为 ARM926 生成以下代码，

example:
   cmp  r0, #0
   bne  1f           /* branch if test set? */
   add  r1, r1, r1, lsl #2
   add  r0, r0, #7   /* add seven delayed */
   add  r0, r0, r1
   bx   lr
1: mov  r0, #0       /* test set */
   add  r0, r0, #7   /* add seven immediate */
   add  r1, r1, r1, lsl #2
   add  r0, r0, r1
   bx   lr

注意:汇编器分支与“C”代码相反。由于管道的原因，第二个分支在某些处理器上速度较慢。编译器更喜欢这样

   add  r1, r1, r1, lsl #2
   add  r0, r0, r1

不按顺序执行。

Ethernut ARM Tutorial是一个极好的资源。然而，优化这个词有点过重了。编译器不会分析汇编程序，只会分析参数以及发出代码的位置。