简单分析针对ARM平台的C语言程序的编译问题

  我们知道在C语言编译时，有那么几个常用的优化编译选项，分别是-O0,-O1,-O2,-O3以及-Os。之前一直觉得既然是优化选项，顶多是优化一下逻辑，提高一些效率或者减少一下程序大小而已。很少会觉得它们会影响程序的最终结果。直到最近在ARM平台上发现一个程序里的一个bug，才觉得这些优化选项有时候也没那么智能。或者说针对ARM平台，还没有那么智能。
      首先看这么一段程序，此程序是我将问题简单化的程序：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
 char buffer[1024] = {0,1,2,3,4,5,6,7};
 int iTest = 0x12345678;
 int *p = (int *)(buffer + 7);
 memcpy(p, &iTest, sizeof(iTest));
 printf("%x\n", buffer[6]); 
 printf("%x\n", buffer[9]); 
 return 0;
}

乍看之下，觉得这个程序没啥问题。然后我们将此程序文件名称叫point.c。然后分别用交叉编译链进行如下编译：

 arm-xxx-linux-gcc point.c -o point0 -O0
 arm-xxx-linux-gcc point.c -o point1 -O1
 arm-xxx-linux-gcc point.c -o point2 -O2

    最终再分别执行三个程序，结果却有点出人意料：

 ./point0
 6
 34
 ./point1
 34
 0
 ./point2
 6
 0

    只有在-O0，也就是没有优化的情况下，结果才和假想的一致。但是同样的问题在x86平台上却没有问题。
    于是我通过用以下命令，分别来生成不同优化选项下的汇编代码，来确定在ARM平台上编译到底出了什么问题。

 arm-xxx-linux-gcc point.c -o point0.s -O0 -S
 arm-xxx-linux-gcc point.c -o point1.s -O1 -S
 arm-xxx-linux-gcc point.c -o point2.s -O2 -S

    然后对比三个汇编的代码，发现问题出在memcpy这句话上。
    在point0.s中，程序是老老实实的调用的memcpy，然后就将0x12345678老老实实按照字节一个个的放到了buffer+7的位置。
    而在point1.s中程序则是没有调用memcpy，而是用的语句：
    str        r3, [sp, #7]
    而此时r3中存储的就是0x12345678；而由于我采用的ARM平台是32位的，此语句执行时，地址线应该不会发生变化，所以最终的结果是buffer+4到buffer+7的数据被覆盖了，而不是buffer+7到buffer+10的数据被修改。
    而在point2.s中，貌似又针对流水线进行了优化，程序执行顺序会有所变化，在对buffer部分位置赋初值的顺序是在str  r3, [sp, #7]之后，所以buffer+6处的数据反而是正确的6。
    分析到这儿，也许有人会说写个简单的程序，都会因为编译的优化选项不同导致结果不同，那这memcpy是不是就不敢用了？
    其实一般只要有较好的编程习惯的话，都不会遇到此类问题，比如下面的程序：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
 char buffer[1024] = {0,1,2,3,4,5,6,7};
 int iTest = 0x12345678;
 char *p = buffer + 7;
 memcpy(p, &iTest, sizeof(iTest));
 printf("%x\n", buffer[6]); 
 printf("%x\n", buffer[9]); 
 return 0;
}

    这段程序其实只是简单的改变了p的类型，就能保证在各种优化下，结果都一样。可见好的编程习惯是有多么的重要。

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