嵌入式科普(36)【程序员必看】GCC编译优化：你的代码为何“神秘消失”？

一、概述

• 明明代码逻辑无误，但是debug就是不运行，似乎代码直接“消失”了！

• 调试时一切正常，开启-O2优化后程序崩溃？

• GCC编译器优化等级到底有什么影响？

二、参考资料

• GCC Optimization Options

• GCC Warning Options

• GCC Debugging Options

• GCC and Undefined Behavior

• GCC Online Documentation

三、GCC优化功能

3.1 GCC优化选项

• -O0：关闭优化（默认选项）。

• -O1、-O2、-O3：不同级别的优化。

• -Os：优化代码大小。

• -Ofast：激进优化，可能违反严格的标准合规性。

3.2 GCC优化技术

• 死代码消除（Dead Code Elimination）

• 常量传播（Constant Propagation）

• 函数内联（Function Inlining）

• 循环优化（Loop Optimization）

3.3 GCC未使用代码和变量

• 未使用的变量和函数可能会被优化掉，尤其是在启用优化选项时。

• 使用-Wall和-Wunused选项可以在编译时警告未使用的变量和函数。

3.4 GCC调试优化代码

• -g：生成调试信息。

• -fno-inline：禁用函数内联。

• -fno-eliminate-unused-debug-types：保留未使用的调试信息。

3.5 GCC优化对代码行为的影响

• 未初始化的变量。

• 越界访问。

• 违反严格的别名规则。

四、代码“消失”的场景

• 死代码消除

int x = 10;
x = 20;  // 第一次赋值被优化掉
printf("%d", x);  

• 未使用的变量：没用过的东西，留着占地方？

int y = 30;  
printf("Hello");  

• 永远不执行的循环

for (int i=0; i<0; i++) {  
    printf("这循环能执行算我输！");  
}  

• 常量条件判断

const int debug = 0;  
if (debug) {  
    printf("这条日志你永远看不到！");  
}  

• 冗余赋值

int a = 10;  
a = 20;  // 前一条赋值被优化  
printf("%d", a);  

• 编译器版本和死代码
  gcc新版本12、13等优化更严格

volatile unsigned int coremarkTick;
void g_cmtw0CB(timer_callback_args_t *p_args)
{
    //oid)p_args;
    coremarkTick++;
    
}

printf("==============");
printf("start\n");

printf("end\n");
printf("==============");

五、防止代码“被优化”

5.1 关闭优化：使用-O0选项

gcc -O0 -o program program.c

5.2 volatile关键字

volatile int sensor_value; // 禁止优化此变量

5.3 启用编译警告：使用-Wall

gcc -Wall -O2 -o program program.c

5.4 单独优化等级

#pragma GCC optimize ("O1")
#pragma GCC reset_options

5.5 写代码规范化

• 最重要

六、总结

• GCC优化会加速代码运行效率

• GCC最新版本对代码的规范化更严格

• 合理的设置优化等级、单独优化、防止优化等功能

• 分享你遇到的非期望优化例子