“挥发性”的定义是不稳定的，还是GCC有一些标准的兼容性问题？
我需要一个函数（像WinAPI中的SecureZeroMemory一样）总是零内存，并且不会被优化，即使编译器认为内存永远不会再被访问。 看起来像一个完美的候选人易变。 但是我遇到了一些问题，实际上是为了和GCC一起工作。 这是一个示例函数：
void volatileZeroMemory(volatile void* ptr, unsigned long long size) { volatile unsigned char* bytePtr = (volatile unsigned char*)ptr; while (size--) { *bytePtr++ = 0; } } 很简单。 但是，如果你调用GCC的代码，它会随着编译器的版本和实际尝试清零的字节数的不同而变化。 https://godbolt.org/g/cMaQm2
- GCC 4.4.7和4.5.3从不忽略易失性。
- GCC 4.6.4和4.7.3忽略数组大小为1,2和4的volatile。
- GCC 4.8.1直到4.9.2忽略数组大小1和2的易失性。
- GCC 5.1直到5.3忽略数组大小为1,2,4,8的易失性。
- GCC 6.1只是忽略了它的任何数组大小（一致性加分）。
我testing过的任何其他编译器（clang，icc，vc）都会根据任何编译器版本和任何数组大小生成所期望的存储器。 所以在这一点上，我想知道，这是一个（相当古老和严重？）GCC编译器错误，或者在标准中的挥发性的定义不精确，这实际上符合行为，使得写一个可移植的“ SecureZeroMemory“function？
编辑：一些有趣的观察。
#include <cstddef> #include <cstdint> #include <cstring> #include <atomic> void callMeMaybe(char* buf); void volatileZeroMemory(volatile void* ptr, std::size_t size) { for (auto bytePtr = static_cast<volatile std::uint8_t*>(ptr); size-- > 0; ) { *bytePtr++ = 0; } //std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); } std::size_t foo() { char arr[8]; callMeMaybe(arr); volatileZeroMemory(arr, sizeof arr); return sizeof arr; }
callMeMaybe（）可能的写法将使所有GCC版本，除了6.1生成预期的商店。 在内存栏中注释也将使GCC 6.1生成商店，尽pipe只有与可能的callMeMaybe（）写入相结合。
有人还build议刷新caching。 微软不会在“SecureZeroMemory”中尝试刷新caching。 无论如何，caching可能会很快失效，所以这可能不是什么大问题。 此外，如果另一个程序试图探测数据，或者如果它将被写入页面文件，它将始终是归零版本。
在独立函数中使用memset（）的GCC 6.1也有一些问题。 Godbolt上的GCC 6.1编译器可能会破坏构build，因为GCC 6.1似乎为某些人的独立函数生成一个正常的循环（就像godbolt中的5.3一样）。 （阅读zwol的回答。）
海湾合作委员会的行为可能是一致的，即使不是这样，你也不应该依靠volatile做你想做的事情。 C委员会为存储器映射的硬件寄存器和exception控制stream程中修改的variables（例如信号处理程序和setjmp ）devise了volatile 。 那些是唯一可靠的东西。 作为一般的“不优化”注释是不安全的。
特别是标准不明确的一个关键点。 （我已经将你的代码转换为C了; C和C ++之间不应该有任何分歧，我还手动完成了在可疑优化之前发生的内联，以显示编译器在这个点上“看到” 。）
extern void use_arr(void *, size_t); void foo(void) { char arr[8]; use_arr(arr, sizeof arr); for (volatile char *p = (volatile char *)arr; p < (volatile char *)(arr + 8); p++) *p = 0; }
内存清除循环通过一个volatile限定的左值来访问arr ，但是arr本身没有被声明为volatile 。 因此，至less可以让C编译器推断循环所做的存储是“死的”，并且完全删除循环。 C理论中的文字暗示委员会意味着要保存这些商店，但是标准本身实际上并没有这样的要求，就像我读到的那样。
有关标准要求或不要求的更多讨论，请参阅为什么是一个易变的本地variables与volatilevariables进行了不同的优化，为什么优化程序会从后者生成一个无操作的循环？ ， 是否通过一个易失的引用/指针访问一个声明的非易失性对象在所述访问时赋予volatilevariables规则？ 和GCC bug 71793 。
有关委员会认为 volatile更多信息，请查阅C99理由 “易变”一词。 John Regehr的论文“ 挥发性成分被编译错误 ”详细说明了编程人员对volatile期望如何不能被生产编译器满足。 LLVM团队的一系列散文“ 每个C程序员应该了解未定义的行为 ”都没有涉及到volatile但会帮助您理解现代C编译器是如何以及为什么不是 “可移植的汇编程序”。
关于如何实现一个函数来实现volatileZeroMemory所要做的事情的实际问题：无论标准要求什么或要求什么，最好假设你不能使用volatile 。 有一个可以依赖的替代scheme，因为如果它不起作用，它会打破太多其他的东西：
extern void memory_optimization_fence(void *ptr, size_t size); inline void explicit_bzero(void *ptr, size_t size) { memset(ptr, 0, size); memory_optimization_fence(ptr, size); } /* in a separate source file */ void memory_optimization_fence(void *unused1, size_t unused2) {}
但是，您必须确保memory_optimization_fence在任何情况下memory_optimization_fence被内联。 它必须在它自己的源文件中，并且不能经受链路时间优化。
还有其他的select，依赖于编译器扩展，在某些情况下可以使用，并且可以生成更严格的代码（其中一个出现在以前版本的答案中），但没有一个是通用的。
（我build议调用函数explicit_bzero ，因为它可以在多个C库中以该名称使用，至less有另外四个名字竞争者，但是每个C库只被一个C库所采用）。
你也应该知道，即使你能做到这一点，也可能是不够的。 特别要考虑一下
struct aes_expanded_key { __uint128_t rndk[16]; }; void encrypt(const char *key, const char *iv, const char *in, char *out, size_t size) { aes_expanded_key ek; expand_key(key, ek); encrypt_with_ek(ek, iv, in, out, size); explicit_bzero(&ek, sizeof ek); }
假设带有AES加速指令的硬件，如果expand_key和encrypt_with_ek是内联的，那么编译器可能会完全保留在向量寄存器文件中 – 直到调用explicit_bzero ，这迫使它将敏感数据复制到堆栈上以进行擦除而且，更糟的是，对于仍然位于vector寄存器中的密钥没有做任何事情！
我需要一个函数（像WinAPI的SecureZeroMemory一样）总是零内存并且不会被优化，
这是memset_s标准函数的memset_s 。
至于这种具有易失性的行为是否符合要求，这有点难以言明，并且说长期以来一直困扰着易变的错误。
其中一个问题是规范说“访问volatile对象严格按照抽象机器的规则进行评估”。 但是，这只是指“易失性对象”，而不是通过添加了易失性的指针来访问非易失性对象。 所以显然，如果一个编译器可以告诉你没有真正访问一个volatile对象，那么不需要把这个对象当作volatile来处理。
我提供这个版本作为可移植的C ++（尽pipe语义是微妙的不同）：
void volatileZeroMemory(volatile void* const ptr, unsigned long long size) { volatile unsigned char* bytePtr = new (ptr) volatile unsigned char[size]; while (size--) { *bytePtr++ = 0; } }
现在，您已经对volatile对象进行了写访问，而不仅仅是访问通过volatile对象的非易失性对象。
语义上的区别在于它现在正式结束了任何对象占据内存区域的时间，因为内存已被重用。 因此，在对内容进行调零之后访问对象现在肯定是未定义的行为（以前，在大多数情况下，它将是未定义的行为，但确实存在一些exception）。
要在对象的生命期内而不是在最后使用这个调零，调用者应该使用placement new将原始types的新实例再次返回。
通过使用值初始化，代码可以缩短（尽pipe不太清楚）：
void volatileZeroMemory(volatile void* const ptr, unsigned long long size) { new (ptr) volatile unsigned char[size] (); }
在这一点上，它是一个单线，几乎不需要辅助function。
应该可以通过在右侧使用易失性对象来编写该函数的可移植版本，并强制编译器将存储保存到数组中。
void volatileZeroMemory(void* ptr, unsigned long long size) { volatile unsigned char zero = 0; unsigned char* bytePtr = static_cast<unsigned char*>(ptr); while (size--) { *bytePtr++ = zero; } zero = static_cast<unsigned char*>(ptr)[zero]; }
zero对象被声明为volatile ，确保编译器不会对其值做任何假设，即使它总是评估为零。
最后的赋值expression式从数组中的易失性索引中读取并将该值存储在易失性对象中。 由于此读取无法优化，因此确保编译器必须生成循环中指定的存储区。
