GCC 不优化未初始化的静态常量的结构副本
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【中文标题】GCC 不优化未初始化的静态常量的结构副本【英文标题】：GCC does not optimise a struct copy of uninitialised static const 【发布时间】：2016-05-15 11:26:57 【问题描述】：首先，我正在为微控制器开发，因此 RAM 和 ROM 的使用是优先事项。
我意识到这可能被视为错误报告或不够具体。如果我在这里没有得到任何答案，我会照此归档。
我喜欢使用static const 结构将堆栈结构初始化为默认值。在大多数情况下，默认结构全为零。我更喜欢使用 static const 结构而不是 memset (memset or struct assignment, static const assignment)
我当前的工具链是 arm-none-eabi-gcc-4_7_3，为 Cortex M4 目标编译并优化 -Os。
我注意到以下内容；如果我明确地将我的static const 结构初始化为零，则 GCC 会产生不同的代码，而不是如果我不这样做（static const struct foo; vs static const struct foo = 0;）。特别是，它将未初始化的static const 结构分配到内存并执行复制操作。
这是一个代码示例：
struct foo int foo; int bar;;
struct bar int bar[20];;
static const struct foo foo1_init, foo2_init = 0;
static const struct bar bar1_init, bar2_init = 0;
extern struct foo foo1, foo2;
extern struct bar bar1, bar2;
void init_foo1(void)
foo1 = foo1_init;
void init_foo2(void)
foo2 = foo2_init;
void init_bar1(void)
bar1 = bar1_init;
void init_bar2(void)
bar2 = bar2_init;
已编译，这将产生以下汇编程序列表（为简洁起见重新排列和修剪）：
396 .section .bss.foo1_init,"aw",%nobits
397 .align 2
398 .set .LANCHOR0,. + 0
401 foo1_init:
402 0000 00000000 .space 8
402 00000000
40 .L2:
41 0010 00000000 .word .LANCHOR0
42 0014 00000000 .word foo1
55: **** foo1 = foo1_init;
32 .loc 1 55 0
33 0000 034A ldr r2, .L2
34 0002 044B ldr r3, .L2+4
35 0004 92E80300 ldmia r2, r0, r1
36 0008 83E80300 stmia r3, r0, r1
67 .L5:
68 000c 00000000 .word foo2
60: **** foo2 = foo2_init;
60 0000 024B ldr r3, .L5
61 0002 0022 movs r2, #0
62 0004 1A60 str r2, [r3, #0]
63 0006 5A60 str r2, [r3, #4]
389 .section .bss.bar1_init,"aw",%nobits
390 .align 2
391 .set .LANCHOR1,. + 0
394 bar1_init:
395 0000 00000000 .space 80
395 00000000
395 00000000
395 00000000
395 00000000
98 .L8:
99 0010 00000000 .word .LANCHOR1
100 0014 00000000 .word bar1
65: **** bar1 = bar1_init;
89 .loc 1 65 0
90 0002 0349 ldr r1, .L8
91 0004 0348 ldr r0, .L8+4
92 0006 5022 movs r2, #80
93 0008 FFF7FEFF bl memcpy
130 .L11:
131 0010 00000000 .word bar2
70: **** bar2 = bar2_init;
121 .loc 1 70 0
122 0002 0021 movs r1, #0
123 0004 5022 movs r2, #80
124 0006 0248 ldr r0, .L11
125 0008 FFF7FEFF bl memset
我们可以看到，对于foo2 = init_foo2 和bar2 = init_bar2，编译器已将副本优化为直接将零存储到foo2 或为bar2 调用memset。
我们可以看到，对于foo1 = init_foo1 和bar1 = init_bar1，编译器正在执行显式复制，为foo1 加载和保存寄存器，并为foo2 调用memcpy。
我有几个问题：
-
这是预期的 GCC 操作吗？我希望未初始化的
static const 结构在 GCC 中遵循与初始化的 static const 结构相同的路径，因此产生相同的输出。
其他版本的 ARM GCC 是否会发生这种情况？我手头没有其他版本，所有在线的C 到汇编编译器实际上都是C++ 编译器。
GCC 的其他目标体系结构是否会发生这种情况？同样，我手头没有其他版本。
【问题讨论】：
你能编辑你的代码以保持一致性吗？它目前指的是foo1_init 等，它们没有在你的代码中定义（它定义了init_foo1 代替）。我想这只是一个错字，因为您将 init_foo1 作为同一范围内的变量和函数。
对memcpy() 的调用在空间方面非常便宜，您是否将其与内联副本的成本进行了比较？当字节数足够大时，也许有一种启发式方法会发出调用。
1.我怀疑这是因为未初始化的变量只是暂时定义的，编译器生成的代码并不关心变量是否完全定义。 （即，它不会检查变量是否在稍后在翻译单元中使用初始化程序完全定义。）
我同意@IanAbbott 的观点，如果是这种情况，编译器会正确运行，因为您将foo2_init 和bar2_init 明确定义为constant 并且始终==0。因此，对复制的正确优化是将目标数组归零（使用memset）。另一方面，foo1_init 和 bar1_init 是 constant，但内容未知，因此编译器尝试保留该内容并将其复制到目标。附言编译器只知道已经完成的翻译，不关心在使用点之后定义或初始化的内容。
@IanAbbott 我的理解是未初始化的变量在 BSS 中，由 .section .bss.foo1_init,"aw",%nobits 和 .section .bss.bar1_init,"aw",%nobits 行表示。
【参考方案1】：
我在 amd64 上进行了测试，令我惊讶的是，它看起来是一致的行为（但我不知道这是否是一个错误）。 gcc 将 foo1_init 和 bar1_init 放置在公共数据段中，或操作系统（.bss）的零初始化值段中。 foo2_init 和 bar2_init 被放入只读段 (.rodata) 中，就好像它们是非零初始化值一样。使用 -O0 可以看到这一点。因为您没有使用操作系统，所以操作系统初始化部分由 gcc 和/或链接器手动初始化，然后被复制。 gcc 通过直接 memset 和消除死 *2_init 变量来优化rodata值。不过，clang 对这两种情况进行了同等优化。
下面是 gcc 输出（-O0）：
.file "defs.c"
.local foo1_init
.comm foo1_init,8,8
.section .rodata
.align 8
.type foo2_init, @object
.size foo2_init, 8
foo2_init:
.zero 8
.local bar1_init
.comm bar1_init,80,32
.align 32
.type bar2_init, @object
.size bar2_init, 80
bar2_init:
.zero 80
.text
.globl init_foo1
.type init_foo1, @function
init_foo1:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movq foo1_init(%rip), %rax
movq %rax, foo1(%rip)
nop
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size init_foo1, .-init_foo1
.globl init_foo2
.type init_foo2, @function
init_foo2:
.LFB1:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movq $0, foo2(%rip)
nop
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE1:
.size init_foo2, .-init_foo2
.globl init_bar1
.type init_bar1, @function
init_bar1:
.LFB2:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movq bar1_init(%rip), %rax
movq %rax, bar1(%rip)
movq bar1_init+8(%rip), %rax
movq %rax, bar1+8(%rip)
movq bar1_init+16(%rip), %rax
movq %rax, bar1+16(%rip)
movq bar1_init+24(%rip), %rax
movq %rax, bar1+24(%rip)
movq bar1_init+32(%rip), %rax
movq %rax, bar1+32(%rip)
movq bar1_init+40(%rip), %rax
movq %rax, bar1+40(%rip)
movq bar1_init+48(%rip), %rax
movq %rax, bar1+48(%rip)
movq bar1_init+56(%rip), %rax
movq %rax, bar1+56(%rip)
movq bar1_init+64(%rip), %rax
movq %rax, bar1+64(%rip)
movq bar1_init+72(%rip), %rax
movq %rax, bar1+72(%rip)
nop
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE2:
.size init_bar1, .-init_bar1
.globl init_bar2
.type init_bar2, @function
init_bar2:
.LFB3:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $bar2, %eax
movl $80, %ecx
movl $0, %esi
movq %rsi, (%rax)
movl %ecx, %edx
addq %rax, %rdx
addq $8, %rdx
movq %rsi, -16(%rdx)
leaq 8(%rax), %rdx
andq $-8, %rdx
subq %rdx, %rax
addl %eax, %ecx
andl $-8, %ecx
movl %ecx, %eax
shrl $3, %eax
movl %eax, %ecx
movq %rdx, %rdi
movq %rsi, %rax
rep stosq
nop
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE3:
.size init_bar2, .-init_bar2
.ident "GCC: (GNU) 6.3.1 20170306"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
【讨论】：
以上是关于GCC 不优化未初始化的静态常量的结构副本的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章