C语言对于volatile与gcc优化的探究

什么是volatile关键字

在C语言中，volatile是一个关键字，可以用来修饰一个变量，告诉编译器这个变量没有被优化，需要实时读取。

volatile的作用是防止编译器进行一些优化，例如在一个循环中，变量的值在循环中被修改，而且这个变量还被其他模块所使用，那么为了保证其他模块使用的变量是最新的，我们就需要用volatile进行修饰。

例如下面的代码：

#include<stdio.h>

int main() {
    volatile int num1;
    int num2;
    int sum;

    num1 = 10;
    num2 = 20;

    sum = num1 + num2;

    printf("sum:%d\n", sum);

    return 0;
}

在上述代码中，num1变量被修饰为volatile类型，这意味着编译器不能对其进行任何优化。因此，我们可以保证在num1值被修改之后，其他使用num1变量的模块都能够得到最新的值。

gcc编译器的优化

gcc编译器是一种非常智能的编译器，它会对代码进行一系列的优化，以提高代码的性能。但是，在一些情况下，这种优化可能会引发一些问题。

例如下面的代码：

#include<stdio.h>

int main() {
    unsigned int num1 = 0xffffffff;
    unsigned int num2 = 0x01;

    printf("num1:%u, num2:%u\n", num1, num2);

    if(num1 < num2) 
    {
        printf("num1 is less than num2\n");
    } 

    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了两个无符号整型变量num1和num2，num1的值为0xffffffff，num2的值为0x01。

由于num1和num2都是无符号的整型变量，因此，num1的值是一个非常大的正整数，而num2的值只是一个很小的正整数。

如果我们按照正常的逻辑来看，应该是num1大于num2，因此不会执行if语句。但是，如果我们编译并执行这段代码，会发现程序输出num1 is less than num2，这是为什么呢？

其实，这是因为gcc编译器进行了优化，它将无符号整型的比较转换为了有符号整型的比较。在有符号整型中，最高位用来表示正数和负数，因此，0xffffffff被解释为了一个负数，而0x01则被解释为了一个正数，因此，num1的值小于num2的值，因此if语句被执行。

这种情况下，我们就可以使用volatile关键字，来防止编译器进行优化。例如：

#include<stdio.h>

int main(){
    volatile unsigned int num1 = 0xffffffff;
    volatile unsigned int num2 = 0x01;

    printf("num1:%u, num2:%u\n", num1, num2);

    if(num1 < num2) 
    {
        printf("num1 is less than num2\n");
    } 

    return 0;
}

在上述代码中，我们将num1和num2都修饰为volatile类型，这样就可以避免编译器进行优化，保证程序输出符合我们的预期。

总结

在使用C语言时，我们需要注意到编译器进行的一系列优化，以及关键字volatile的使用。如果我们不加以注意，就可能会导致程序出现意外结果。因此，在程序开发过程中，我们需要认真思考每一条代码的含义，以确保程序的正确性。