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88、【OS】【Nuttx】【启动】栈溢出保护：volatile 关键字（修饰内联汇编）

news 2025/8/2 8:29:57

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背景

接之前 blog
【OS】【Nuttx】【启动】栈溢出保护：volatile 关键字（修饰变量）
分析了 volatile 关键字对变量的修饰作用，下面再来看 volatile 关键字的下一个用法，也是之前分析栈溢出时语句的用法

volatile 关键字

还是回到这张图
在这里插入图片描述
上篇 blog 分析了 volatile 关键字修饰变量，表示这个寄存器变量的值可能会在任何时刻被意想不到的方式改变，在每次访问该变量时都要从内存中重新读取其值，而不是用存储在寄存器中的副本，那么上面这张图就是 volatile 关键字的另一个用法，修饰内联汇编语句

修饰内联汇编

来看下 gcc 官方文档对这块的描述
在这里插入图片描述
有几个点：

扩展汇编语句的典型用途是对输入值进行处理，生成输出值，比如将 C 变量与汇编指令中的寄存器绑定
但有些汇编语句也可能产生副作用，这些典型的副作用包括修改硬件状态，写入寄存器，改变内存，触发中断等，这些副作用是编译器感知不到，或者说判断不了是否有用的，此时编译器对这些汇编语句可能就会产生优化行为，比如删掉这段汇编代码
此时就需要用 volatile 关键字来禁用掉编译器的某些优化，这些优化包括删除看起来没用的汇编语句，重排指令顺序，合并重复操作等等，尤其在汇编语句没有输出（但有副作用，比如写硬件寄存器）的情况下，编译器可能认为这条语句没用（注意这里是可能，不是一定，取决于编译器优化的保守程度），而把它优化掉，此时 volatile 关键字就会告诉编译器：这段汇编很重要，不要优化，一定要按顺序执行

下面对上面三个点再详细展开举例下

扩展汇编的典型用途

典型用途：将 C 变量与汇编指令中的寄存器绑定

这种用法比那种只有副作用的汇编语句相对来说更“安全”，因为编译器此时能感知到 C 变量在其中起作用了，但也只是相对的，取决于编译器的优化程度和保守程度，最佳的编程实践还是所有内联汇编语句都加上 volatile，明确告诉编译器不要优化

比如下面这段代码，就是 C 变量与内联汇编混用的典型场景

// main.c
#include <stdio.h>int main(void) {int src = 1;int dst;   __asm__ volatile("mov %1, %0\n\t" : "=r" (dst) : "r" (src));printf("%d\n", dst);
}

带有副作用的内联汇编

典型副作用：修改硬件状态，写入寄存器，改变内存，触发中断等

这些副作用对编译器来说相当于是未定义的，编译器对这些汇编语句可能产生优化行为，从用户使用角度来说，肯定是希望同一份代码能支持不同编译器，别编译器 A 编译后能保留这些汇编语句，换了编译器 B 这些汇编语句可能就被优化掉，所以最佳的实践还是都加上 volatile，明确告诉编译器不要优化

比如下面这段代码，不关联任何 C 变量，只对通用寄存器进行操作

// main.c
#include <stdio.h>int main(void) {__asm__ volatile ("sub r10, sp, %0" : :"r"(64) :);return 0;
}

在终端 bash 中输入命令（这里 --specs=nosys.specs 表示暂时不需要系统调用功能，告诉链接器忽略相关未定义的符号）

arm-none-eabi-gcc -mthumb -O3 -mcpu=cortex-m4 --specs=nosys.specs main.c -o main

再反汇编，终端输入

arm-none-eabi-objdump -d main > main.s

可以看到汇编语句中，可以看到最终的汇编语句明确保留了下来（不加 volatile 不是说一定会被优化，对 gcc 编译器来说，gcc 对 asm 处理比较保守，特别是当不能确定是否会有副作用时，对用户来说，加上 volatile 肯定是最佳的编程实践，就像家庭电气回路里的保险丝一样，你不知道它啥时候出现电流过载，加上是最保险的）
在这里插入图片描述