Clang优化重复RDTSC汇编块是否合法？技术验证分析

• Clang编译器（即使开启-O1优化）会将重复的RDTSC汇编块判定为输出结果相同，进而执行优化，导致两次读取的时间戳差值为0；关闭优化后可得到符合预期的递增时间戳。
• GCC编译器在仅使用两次相同汇编块时不会出现问题，但连续添加第三个相同汇编块后，会认为该汇编块无外部副作用，直接复用第二个汇编块的结果作为第三个时间戳的值。
• 在C语言编译模式下，GCC与Clang都会对重复的RDTSC汇编块执行优化。

经测试验证，编译器会对未用volatile修饰的相同asm语句执行公共子表达式消除（Common-Subexpression Elimination），因此包含RDTSC指令的asm语句必须添加volatile修饰，才能避免此类错误优化。

测试代码示例 #

volatile size_t tick1;
asm ( "rdtsc\n"           // 将时间戳存入EDX:EAX寄存器
      "shl $32, %%rdx\n"  // 将高位部分左移32位
      "or %%rdx, %q0"     // 合并高低位到目标变量
      : "=a" (tick1)
      : 
      : "rdx");

this_thread::sleep_for(1s);

volatile size_t tick2;    
asm ( "rdtsc\n"          // Clang优化器会认为这段汇编的输出和上面相同
      "shl $32, %%rdx\n" // 直接将之前的结果加载到tick2的内存地址
      "or %%rdx, %q0"    // 对应汇编指令：mov qword ptr [rsp + 8], rbx
      : "=a" (tick2)     
      :                  
      : "rdx");

printf("tick2 - tick1 差值 : %zu 时钟周期\n", tick2 - tick1);
printf("CPU 时钟频率       : %.2f GHz\n\n", (double) (tick2 - tick1) / 1'000'000'000.);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者sandthorn