c++ - 跨平台汇编 ((x64 || x86) && (Microsoft x64 || SystemV))

Question

我正在尝试编写一些代码以了解有关汇编和 JIT 编译器等内容的更多信息。到目前为止，我已经能够想出一个 XOR 函数，理论上应该可以在 Windows 和 Linux 环境中的 x86 或 x64 机器上运行。

假设我理解正确，[RE]AX 寄存器用于保存整数返回值，而 [RE]DX 是用于传递的可用寄存器之一函数之间的整数。我选择不严格遵循 ABI 并使用 [RE]AX 传递第一个参数，因为它节省了 MOV 指令而不影响结果。

是否有更好(更优雅或更高效)的方式来发出跨平台程序集，或者我在开发此程序时是否犯过任何错误？

#include <cstdint>
#include <iostream>

template<typename TInput>
static auto Xor(TInput const highPart, TInput const lowPart) {
    constexpr bool is16Bit = (std::is_same<TInput, int16_t>::value || std::is_same<TInput, uint16_t>::value);
    constexpr bool is32Bit = (std::is_same<TInput, int32_t>::value || std::is_same<TInput, uint32_t>::value);
    static_assert(is16Bit || is32Bit, "type must be a member of the type family: [u]int{16, 32}_t");

    if constexpr (is16Bit) {
        uint16_t result;

        #if (defined(__linux__) || defined(__unix__) || defined(_WIN32))
            asm volatile ("xorw %%dx, %%ax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
        #else
            #error "Unsupported platform detected."
        #endif

        return result;
    }
    else if constexpr (is32Bit) {
        uint32_t result;

        #if (defined(__linux__) || defined(__unix__) || defined(_WIN32))
            asm volatile ("xorl %%edx, %%eax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
        #else
            #error "Unsupported platform detected."
        #endif

        return result;
    }
}

#define HIGH_PART 4;
#define LOW_PART 8;

int main() {
    int16_t const a = HIGH_PART;
    int16_t const b = LOW_PART;
    int16_t const c = Xor(a, b);

    uint32_t const x = HIGH_PART;
    uint32_t const y = LOW_PART;
    uint32_t const z = Xor(x, y);

    std::cout << c << "\n";
    std::cout << z << "\n";
    getchar();

    return 0;
}

以下是如何改进的示例；通过“提升”result 变量和 if defined(...) 检查高于 constexpr 检查，我们可以使事情更通用。

template<typename T>
static auto Xor(T const highPart, T const lowPart) {
    constexpr bool is16Bit = (std::is_same<T, int16_t>::value || std::is_same<T, uint16_t>::value);
    constexpr bool is32Bit = (std::is_same<T, int32_t>::value || std::is_same<T, uint32_t>::value);
    static_assert(is16Bit || is32Bit, "type must be a member of the type family: [u]int{16, 32}_t");

    #if !(defined(__linux__) || defined(__unix__) || defined(_WIN32))
        #error "Unsupported platform detected."
    #endif

    T result;

    if constexpr (is16Bit) {
        asm volatile ("xorw %%dx, %%ax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
    }
    else if constexpr (is32Bit) {
        asm volatile ("xorl %%edx, %%eax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
    }

    return result;
}

Answer 1

您不能让编译器在 64 位模式下在 EAX/RAX 中传递函数 arg。在 32 位模式下，您可以使用 gcc "regparm"调用约定，如 __attribute__((regparm(3))) int my_func(int,int); 在 EAX、ECX 中传递参数， EDX 的顺序。 (所以编译器将在内联 asm 之前需要一个 mov，它在 EAX 中有一个函数 arg)。

或者您可以使用 __attribute__((sysv_abi)) 声明您的函数以始终使用 SysV ABI，即使在 Windows 上编译时也是如此。但这只有在所有调用者都由 GCC/clang/ICC 而不是 MSVC 编译时才有效。在 32 位模式下更糟； i386 System V 调用约定很糟糕:在堆栈上传递所有参数，并且在 edx:eax 中仅返回 int64_t，而不是 2 成员 64 位结构。

调用 sysv_abi 函数可能也会调用 ms_abi 函数来保存/恢复所有 xmm6..15，除非 sysv_abi 函数调用可以内联并优化掉。因此，如果函数尚未大量使用 XMM regs 并保存/恢复其中的大部分，那么总的来说这可能是一个糟糕的计划。

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使用固定寄存器输入/输出约束通常没有用，除非您使用带有隐式寄存器的指令(如 cl 中的移位计数，如果您不能使用 BMI2 shlx/shr​​x).

让编译器使用"r" 和"+r" 约束进行寄存器分配。 (或 "=r" 和 "0" 匹配约束)因此无论值在哪里，您的函数都可以有效地内联。对于可以是寄存器或 32 位立即数的输入，也可以使用 "re"。甚至 "rem" 也可以是内存输入。但是，如果您重复使用输入，最好让编译器在 asm 之前为您加载它。

另见 https://stackoverflow.com/tags/inline-assembly/info

对寄存器分配进行硬编码部分违背了使用内联 asm 而不是编译器必须调用而不是内联的独立 asm 函数的目的。

查看编译器为您的代码生成的 asm，了解它生成的周围代码，以及它如何通过选择操作数填充模板。

另请注意，"r" 为 16 位类型选择 16 位寄存器，为 32 位类型选择 32 位寄存器，因此所有这些调整类型大小的东西基本上都是不必要的。 (尽管取决于输入的写入方式，使用 32 位 xor 可能比 16 位 xor 更好，如果稍后读取完整的 32 位或 64 位寄存器，可能会避免部分寄存器停顿。但是如果您的输入寄存器是用 16 位操作数大小编写的，那么在 P6 系列 CPU 上，一个 32 位异或将创建一个部分寄存器停顿。)您可以覆盖为 "xor %0 填充的大小" 模板替换为 "%k0" 32 位大小等。参见 x86 Operand Modifiers in the GCC manual .