c++ - Lambdas 作为环境的闭包。 RIP寄存器的关键作用

Question

我查看了以下代码的汇编程序输出，我惊呆了:

int x=0, y=0; // global
// r1, r2 are ints, local.
std::thread t([&x, &y, &r1, &r2](){
    x = 1;      
    r1 = y;     
});

---

!std::thread t([&x, &y, &r1, &r2](){
<lambda()>::operator()(void) const+0: push   %rbp
<lambda()>::operator()(void) const+1: mov    %rsp,%rbp
<lambda()>::operator()(void) const+4: mov    %rdi,-0x8(%rbp)
<lambda()>::operator()(void) const+18: mov    -0x8(%rbp),%rax
<lambda()>::operator()(void) const+22: mov    (%rax),%rax
!   x = 1;      
<lambda()>::operator()(void) const()
<lambda()>::operator()(void) const+8: movl   $0x1,0x205362(%rip)        # 0x6062ac <x>
!   r1 = y;     
<lambda()>::operator()(void) const+25: mov    0x205359(%rip),%edx        # 0x6062b0 <y>
<lambda()>::operator()(void) const+31: mov    %edx,(%rax)
!
!});
<lambda()>::operator()(void) const+33: nop
<lambda()>::operator()(void) const+34: pop    %rbp
<lambda()>::operator()(void) const+35: retq   

为什么确定x,y地址与RIP有关。 RIP 是一个指令指针，所以它看起来很疯狂。特别是，我从未见过这样的事情。 (也许我还没有看到很多东西 :))。

我想到的唯一解释是，lambda 是一个闭包，从特定位置获取环境变量与 RIP 有一些共同之处。

Answer 1

代码在运行时不会移动，一旦代码部分被加载，例程就不会被复制或移动。
静态数据在其部分加载后也占用相同的地址。
因此，一条指令和一个静态变量之间的距离在编译时是已知的，并且它在模块基址的重定位下是不变的(因为指令和数据都被翻译了相同的量)。

所以RIP-relative addressing不仅不疯狂，而且一直是一个很早就缺失的特性。
虽然在 32 位代码中，像 mov eax, [var] 这样的指令是无害的，但在没有 RIP 相对寻址的 64 位代码中，它需要 9 个字节，1 个用于操作码，8 个用于立即数。使用 RIP 相对寻址时，立即数仍然是 32 位。

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C++ lamdbas 是函数对象的语法糖，其中捕获的变量成为实例变量。
通过引用捕获的变量作为指针/引用处理。
全局变量在捕获时不需要任何特殊处理，因为它们已经可以访问。

您正确地注意到 x 和 y 分别作为 0x205362(%rip) 和 0x205359(%rip).
因为它们是全局的，所以它们的地址在运行时是固定的，并且使用相对于 RIP 的寻址来访问它们。

但是你忘了检查本地捕获变量r1是如何被访问的。
它存储在 (%rax) 中，rax 之前加载为(优化)movq (%rdi), %rax。
%rdi是方法operator()的第一个参数，所以是this，刚才说的指令加载第一个实例变量到rax 然后使用该值访问 r1。
简单地说，它是指向 r1 的指针(或更好的引用)，因为 r1 存在于堆栈中，其地址在运行时是动态的(它取决于堆栈)。

因此 lambda 同时使用间接寻址和 RIP 相对寻址，从而与 RIP 相对寻址在某种程度上是特殊的假设相矛盾。

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请注意，捕获机制不会延长捕获变量的生命周期(就像在 ECMAScript 中一样)，因此在 std::thread 的 lambda 中通过引用捕获局部变量几乎总是不好的想法。