g++ 编译优化的一个机制

最近工作中同事在研究 volatile 关键字的时候，遇到了个有趣的情况，和 g++ 的编译优化有关，在这里记录一下～

# 1. 遇到问题

这次遇到的问题是这样的，我们使用这样一段代码测试 volatile 的特性：

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

#ifdef _VOLATILE

volatile bool b = true;

#else

bool b = true;

#endif

void* test(void* p)

{

    b = false;

    return 0;

}

int main(){

    pthread_t thread_id;

    pthread_create(&thread_id, NULL, &test, NULL);

    while (b)

    {

    }

    return 0;

}

尝试了该段代码在变量 b 是否声明 volatile，是否启用 O2 编译优化的几种情况下的执行结果。

结果发现，在未声明 volatile、启用 O2 的情况下，程序卡死了，但其他情况均可以正常退出。

# 2. 原因分析

没想明白为啥，于是查看了汇编代码，发现问题在于对 while (b) 这行代码的优化。

非 volatile，无 O2 的 while (b)：

				...
LBB1_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
        testb   $1, _b(%rip)
        je      LBB1_3
## %bb.2:                               ##   in Loop: Header=BB1_1 Depth=1
        jmp     LBB1_1
LBB1_3:
        ...

非 volatile，开启 O2 优化的 while (b)：

				...
				cmpb    $0, _b(%rip)
        je      LBB1_2
        .p2align        4, 0x90
LBB1_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
        jmp     LBB1_1
LBB1_2:
				...

可以看到非 O2 的情况下，b 的判断是在每次循环都会判断的，而 O2 的优化中，由于 b 只在子线程中修改，所以编译器判定 b 不会变化，仅比较了一次，然后开始死循环了。

而 b 声明为 volatile 以后，编译器在优化时不会把判断的流程优化掉，因此不会卡死。

# 3. 总结

经过这次主要得出的结论：

1.O2 优化下，会将主线程中不会变化的值优化，当做类似常量来处理；

2.volatile 在多线程下可以防止这种优化带来的问题。