GCC能否打印出中间结果？

Question

请查看下面的代码：

#include <avr/io.h>

const uint16_t baudrate = 9600;

void setupUART( void ) {
        uint16_t ubrr = ( ( F_CPU / ( 16 * (float) baudrate ) ) - 1 + .5 );
        UBRRH = ubrr >> 8;
        UBRRL = ubrr & 0xff;
}

int main( void ) {
        setupUART();
}

这是用于编译代码的命令：

avr-gcc -g -DF_CPU=4000000       -Wall -Os -Werror -Wextra -mmcu=attiny2313 -Wa,-ahlmns=project.lst -c -o project.o project.cpp

ubrr被编译器计算为25，目前看起来很好。不过，为了检查编译器计算的内容，我需要查看反汇编列表。

000000ae <setupUART()>:
  ae:   12 b8           out     UBRRH, r1       ; 0x02
  b0:   89 e1           ldi     r24, 0x19       ; 25
  b2:   89 b9           out     UBRRL, r24      ; 0x09
  b4:   08 95           ret

有没有可能让avr-gcc在编译时打印出中间结果（或从.o文件中提取信息），这样当我编译代码时，它会打印出类似于(uint16_t)ubbr = 25的行？ 这样我就可以快速检查计算和设置是否正确。

- jippie

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你试过使用-S选项吗？ - devnull

@devnull 这不会退出编译器吗？我希望编译器能完成工作，只是打印出它所做的中间计算。 - jippie

如果你不使用-Os参数，你可能会在反汇编中看到你想要的内容。但是，你可能不希望以这种方式发布代码。;-) - Carl Norum

@CarlNorum :o) 即使使用了 -Oc 标志，由于你给了提示，我仍然能够发现有用的信息，但我需要编写一个额外的小脚本来提取信息，而且当我更改源代码时它很容易出错。不过还是很好的建议。 - jippie

Answer 1

GCC有命令行选项，可以在编译的任何阶段请求它转储出中间表示形式。 "树" 转储以伪C语法呈现，并包含您所需的信息。 就您尝试做的事情而言，-fdump-tree-original 和 -fdump-tree-optimized 转储发生在优化流水线的有用点上。 我手边没有AVR编译器，因此我修改了您的测试用例，使其自包含并可用于我手头的编译器:

typedef unsigned short uint16_t;
const int F_CPU = 4000000;
const uint16_t baudrate = 9600;
extern uint16_t UBRRH, UBRRL;

void 
setupUART(void)
{
    uint16_t ubrr = ((F_CPU / (16 * (float) baudrate)) - 1 + .5);
    UBRRH = ubrr >> 8;
    UBRRL = ubrr & 0xff;
}

然后

$ gcc -O2 -S -fdump-tree-original -fdump-tree-optimized test.c
$ cat test.c.003t.original
;; Function setupUART (null)
;; enabled by -tree-original


{
  uint16_t ubrr = 25;

    uint16_t ubrr = 25;
  UBRRH = (uint16_t) ((short unsigned int) ubrr >> 8);
  UBRRL = ubrr & 255;
}

$ cat test.c.149t.optimized
;; Function setupUART (setupUART, funcdef_no=0, decl_uid=1728, cgraph_uid=0)

setupUART ()
{
<bb 2>:
  UBRRH = 0;
  UBRRL = 25;
  return;
}

你可以看到常量表达式折叠是在如此早的时候完成的，以至于它已经出现在“原始”转储中（这是您可以拥有的最早可理解的转储），而优化进一步将移位和掩码操作折叠到写入UBRRH和UBRRL语句中。文件名中的数字（003t和149t）可能与您的不同。如果您想查看所有“树”转储，请使用 -fdump-tree-all 。还有“ RTL” 转储，它们看起来与 C 不一样，可能对您没有用。不过，如果您好奇，-fdump-rtl-all 会打开它们。总共有大约100个树和60个RTL转储，因此最好在临时目录中执行此操作。（嘘：每当您在括号内部放置空格时，上帝就会杀死一只小猫。）

- zwol

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不错啊！我可以执行 grep -E '^[ \ t] * uint16_t ubrr' project.cpp.003t.original，看起来像是一个相当强大的解决方法。 - jippie

Answer 2

可能有一种打印中间结果的解决方案，但需要一些时间来实现。因此，只有在源代码规模相当大时才值得尝试。

您可以定制您的GCC编译器；通过插件（用C或C++编写）或通过MELT扩展。MELT是一个高级、类似于Lisp的领域特定语言，用于扩展GCC。（它作为GCC的[元]插件实现，并被翻译成适合GCC的C++代码）。

然而，这种方法要求您了解GCC内部机制，然后添加自己的“优化”通道来进行面向方面编程（例如使用MELT）以打印相关的中间结果。

您也可以查看生成的汇编代码（并使用-fverbose-asm -S选项），还可以查看生成的Gimple表示（也许可以使用-fdump-tree-gimple）。对于一些交互式工具，请考虑图形MELT探针。

也许添加自己的内建函数（使用MELT扩展）像__builtin_display_compile_time_constant可能是相关的。

- Basile Starynkevitch

Answer 3

我怀疑没有简单的方法来确定编译器的操作。在gcc中可能有一些工具可以转储语言的中间形式，但它肯定不容易阅读，除非你真的怀疑编译器正在做错什么（并且有一个非常小的示例来展示它），否则你不太可能用它来做任何有意义的事情——因为跟踪正在发生的事情需要太多的工作。

如果您担心代码正确性，则更好的方法是添加临时变量（以及可能的打印）。

    uint16_t ubrr = ( ( F_CPU / ( 16 * (float) baudrate ) ) - 1 + .5 );
    uint8_t ubrr_high = ubrr >> 8
    uint8_t ubrr_low = ubrr & 0xff;
    UBRRH = ubrr_high;
    UBRRL = ubrr_low;

现在，如果您有一个未经优化的构建，并在GDB中逐步执行它，您应该能够看到它的执行情况。否则，可以向代码添加某种打印输出以显示值是什么... 如果由于正在设置用于打印的uart而无法在目标系统上打印它，则可以在本地主机系统上复制代码并进行调试。除非编译器非常有缺陷，否则从相同的编译中应该获得相同的值。

- Mats Petersson

Answer 4

这里有一个技巧：只需要将你现在手动操作的事情自动化。

• 在你的makefile中，确保avr-gcc生成反汇编代码（-ahlms=output.lst）。或者，将你自己的反汇编方法作为后编译步骤在makefile中使用。
• 作为后编译步骤，使用你喜欢的脚本语言处理你的列表文件，查找out UBRRH和out UBRRL行。这些值将从寄存器中加载，因此你的脚本可以提取将要加载到UBRRH和UBRRL中的寄存器的前一个赋值。然后，脚本可以从通用寄存器中加载的值重新组装UBRR值，这些寄存器用于设置UBRRH和UBRRL。

这似乎比Basile Starynkevich的非常有用的MELT扩展更容易。现在，首先看起来这个解决方案似乎脆弱，所以让我们考虑一下这个问题：

• 我们知道（至少在您的处理器上），指令out UBRR_, r__将出现在反汇编列表中：没有其他设置寄存器/写入端口的方法。可能会发生的一件事是这些行周围的间距发生变化，但是您的脚本可以轻松处理。
• 我们还知道out指令只能从通用寄存器中执行，因此我们知道第二个参数将是通用寄存器，因此这不应该成为问题。
• 最后，我们还知道在out指令之前将设置此寄存器。在这里，我们必须允许一些变化：除了使用立即加载（LDI）外，avr-gcc可能会生成其他一些设置寄存器值的指令集。我认为作为第一次尝试，脚本应该能够解析立即加载，并且否则转储涉及将被写入UBRR_端口的寄存器的最后一个指令。

如果更改平台，脚本可能需要更改（某些处理器使用UBRRH1/2寄存器代替UBRRH），但在这种情况下，波特率代码将不得不更改。如果脚本抱怨无法解析反汇编，则至少您会知道未执行检查。

- angelatlarge

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UBRRH会显示r1，通常在启动时设置为0（使用eor r1,r1），但确切地说很难确定。 - jippie

最糟糕的情况是，您的脚本可以使用“打印涉及用于设置端口的寄存器的最后一件事”的启发式方法来打印eor r1，r1。或者您可以在脚本中编写一个小型AVR模拟器，教它将一个值与自身进行异或运算意味着“将其设置为零” :) - angelatlarge