C语言volatile关键字的作用与示例

// 没优化：
int a = 10;
int b = a;
int c = a;
int d = a;
// 对应的汇编代码
sub 16,esp             // 开辟栈帧
mov $10,(esp-12)       // 把立即数10放入到esp-12的栈帧位置，这也对应a变量。
mov (esp-12) (esp-8)   // 把(esp-12)的值放入到(esp-8)的位置，这也对应b变量
mov (esp-12) (esp-4)   // 把(esp-12)的值放入到(esp-4)的位置，这也对应c变量
mov (esp-12) (esp)     // 把(esp-12)的值放入到(esp)的位置，这也对应d变量
// 总结，每次从内存中拿

// 优化：
int a = 10;
int b = 10;
int c = 10;
int d = 10;
// 对应的汇编代码：
sub 16,esp        // 开辟栈帧
mov $10,(esp-12)  // 把立即数10放入到esp-12的栈帧位置，这也对应a变量。
mov (esp-12),eax  // 把esp-12的栈帧位置对应的值，也就是10放入到eax寄存器中。
mov eax (esp-8)   // 把eax寄存器的值放入到(esp-8)的位置，这也对应b变量
mov eax (esp-4)   // 把eax寄存器的值放入到(esp-4)的位置，这也对应c变量
mov eax (esp)     // 把eax寄存器的值放入到(esp)的位置，这也对应d变量
// 总结，每次从eax寄存器拿，此时，可以把eax想成一个缓存寄存器。

// demo.c案例
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>

int gnum = 1;

static void pthread_func_1 (void)
{
   while(gnum == 1){
   }
}
int main (void)
{
 
  pthread_t pt_1 = 0;
  int ret = 0;
  
  ret = pthread_create( &pt_1,                  //线程标识符指针
                                     NULL,                  //默认属性
                                     (void *)pthread_func_1,//运行函数
                                     NULL);                  //无参数
  if (ret != 0)
  {
     perror ("pthread_1_create");
  }
  
  sleep(1);
  
  gnum = 0;
  
  pthread_join (pt_1, NULL);
  printf ("main programme exit!/n");
  return 0;
}

// gcc普通编译后
gcc -pthread demo.c
// objdump指令查看反汇编
objdump -S a.out
// 反编译后p1线程代码段的汇编代码
000000000040068d <pthread_func_1>:
  40068d: 55                    push   %rbp
  40068e: 48 89 e5              mov    %rsp,%rbp
  400691: 90                    nop
  400692: 8b 05 bc 09 20 00     mov    0x2009bc(%rip),%eax        # 601054 <gnum>       // 每次还从0x2009bc(%rip)获取全局的gnum变量放入eax寄存器
  400698: 83 f8 01              cmp    $0x1,%eax                                        // 拿1和eax寄存器做比较，比较结果放入到flags寄存器中。
  40069b: 74 f5                 je     400692 <pthread_func_1+0x5>                      // 如果比较成功就直接跳到400692这行代码段地址，如果不成功就直接往下执行
  40069d: 5d                    pop    %rbp
  40069e: c3                    retq 

// gcc -O4编译后
gcc -O4 -pthread demo.c
// objdump指令查看反汇编
objdump -S a.out
// 反编译后p1线程代码段的汇编代码
00000000004006f0 <pthread_func_1>:
  4006f0: 83 3D 69 09 20 00 01  cmpl   $0x1,0x200969(%rip)        # 601060 <gnum>       // 比较一次，把结果放入到flags寄存器中
  4006f7: 75 07                 jne    400700 <pthread_func_1+0x10>                     // 如果不等于就直接退出
  4006f9: eb fe                 jmp    4006f9 <pthread_func_1+0x9>                      // 一直循环本行，也就是直接无脑死循环（没有退出条件的死循环）
  4006fb: 0f 1f 44 00 00        nopl   0x0(%rax,%rax,1)
  400700: f3 c3                 repz retq 
  400702: 66 2e 0f 1f 84 00 00  nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
  400709: 00 00 00 
  40070c: 0f 1f 40 00           nopl   0x0(%rax)

// volatile修饰后gcc -O4编译： 
gcc -O4 -pthread demo.c
// objdump指令查看反汇编
objdump -S a.out
// 反编译后p1线程代码段的汇编代码
00000000004006f0 <pthread_func_1>:
  4006f0: 8b 05 5e 09 20 00     mov    0x20095e(%rip),%eax        # 601054 <gnum>       // 每次从0x20095e(%rip)获取全局的gnum变量放入eax寄存器
  4006f6: 83 f8 01              cmp    $0x1,%eax                                        // 拿1和eax寄存器做比较，比较结果放入到flags寄存器中。
  4006f9: 74 f5                 je     4006f0 <pthread_func_1>                          // 如果比较成功就直接跳到4006f0这行代码段地址，如果不成功就直接往下执行
  4006fb: f3 c3                 repz retq 
  4006fd: 0f 1f 00              nopl   (%rax)

int gnum = 1;

static void pthread_func_1 (void)
{
   while(gnum == 1){
     __asm__ __volatile__("": : :"memory")
   }
}

// 使用内联汇编volatile编译器优化： 
gcc -O4 -pthread demo.c
// objdump指令查看反汇编
objdump -S a.out
// 反编译后p1线程代码段的汇编代码
00000000004006f0 <pthread_func_1>:
  4006f0: eb 06                 jmp    4006f8 <pthread_func_1+0x8>
  4006f2: 66 0f 1f 44 00 00     nopw   0x0(%rax,%rax,1)
  4006f8: 83 3d 61 09 20 00 01  cmpl   $0x1,0x200961(%rip)        # 601060 <gnum>       // 拿0x200961(%rip)全局变量gnum的值和1比较。
  4006ff: 74 f7                 je     4006f8 <pthread_func_1+0x8>                      // 如果相等就跳转到4006f8。
  400701: f3 c3                 repz retq 
  400703: 66 2e 0f 1f 84 00 00  nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
  40070a: 00 00 00 
  40070d: 0f 1f 00              nopl   (%rax)