GCC 7.5.0优化选项为何会改变全局变量x和y的地址排序？

首先明确前提：你提供的代码本身存在C标准未定义行为：两个翻译单元定义了同名、不同类型的全局变量x，仅因GNU C的通用符号（Common Symbol）规则才没有直接触发链接错误，所有运行结果均为编译器、链接器的特定实现行为，不具备可移植性。

关于优化等级改变全局变量地址排序的原理说明如下：

• 无优化（默认-O0，即你编译test2的场景）时，GCC对单个翻译单元内的已初始化全局变量，严格按照源码中的声明顺序放置到.data段。你在foo.c中先声明y再声明x，因此test2运行结果里y地址更低、x地址更高。
• 开启任意优化等级（包括-Og/-O1/-O2/-O3）时，GCC会默认开启顶层变量重排序优化，核心目的是减少数据段的填充字节、提升缓存访问效率，排序规则为：
  1. 优先按变量的对齐要求从高到低排序，对齐要求越高的变量地址越低
  2. 对齐要求相同的变量，按变量大小从大到小排序
  3. 大小也相同的变量按内部哈希结果排序
• 你的案例中，链接阶段x的对齐要求被bar3.o里的double x拉高到8字节，远高于y的4字节对齐要求，因此优化开启时GCC会把x放在.data段更低的地址，最终出现test3里x地址比y低的情况。

如果需要固定全局变量的声明顺序，可以在编译foo.c时添加-fno-toplevel-reorder选项，关闭全局变量重排序优化即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者DijskstraLink