c - 汇编优化函数调用，允许从函数中取出常量吗？

Question

我有一个递归 C 函数

foo (int numFruits) {
   ....
   // recurse at some point
  } 

在主函数内部。

相应的程序集如下所示:

.pos 0x500
main:
   %r10  // contains numFruits
   call foo
   halt

.pos 0x4000
foo: // recursive
  irmovq $8, %r13 // load value 8 into %r13
  ...

在 foo 内部，我使用常量值来表示 8 个字节长的四边形的大小。 (C 代码中不存在值 8，但我使用该值将数组的长度转换为相应的地址等...)

如果我每次递归调用 foo 时都加载这个值，我认为这是浪费周期。我想知道编译器是否能够优化它，以便在 main 中调用 foo 之前加载常量？

示例:在调用 foo 之前将值 8 加载到 r13 中一次，这样就不必每次都加载。 (前提是在停止后，r13 恢复到加载值 8 之前的原始状态)

如果我在 main 之前将值 8 保存到 r13 中，这是否仍保留 foo(int numFruits) 的精神，或者我的更改是否等同于 foo(int numFruits, intquadSize)？

谢谢

Answer 1

它相当于foo(int numFruits, longquadSize)。如果您的 y86 ABI 有 64 位 int，那么也许是 intquadSize。所有普通的 x86-64 ABI 都有 32 位 int，Windows x64 甚至有 32 位 long。

您还标记了此 x86。 x86-64 可以使用 5 字节指令将 8 移动到 64 位寄存器中，例如 mov $8, %r13d: 1 opcode byte + imm32。 (实际上包括 REX 前缀在内有 6 个字节)。对于不适合零或符号扩展 32 位立即数的常量，您只需要 mov r64, imm64 。写入 32 位寄存器会零扩展到完整的 64 位寄存器。您甚至可以对常量设置进行更多代码高尔夫，但代价是速度。就像 3 个字节中的 push $imm8/pop %r13 一样(对于 REX 前缀，实际上是 4 个字节)。优化代码大小时，您希望避免 r8..r15。 https://codegolf.stackexchange.com/questions/132981/tips-for-golfing-in-x86-x64-machine-code/132985#132985 .

我不知道 y86 是否对小常量有高效的机器代码编码。

据我所知，不存在任何物理 y86 CPU。有模拟器，但我不确定是否有 y86 硬件的虚拟设计(如 verilog)可以在周期精确模拟器中进行模拟。

因此，任何有关“节省周期”的说法对于 y86 来说都是一种延伸。 真正的 x86-64 CPU 是流水线超标量，无序执行，并且通常不会在代码获取方面遇到瓶颈。尤其是在带有 uop 缓存的现代 CPU 中。根据循环的不同，关键路径之外的额外 mov-immediate 指令可能不会减慢速度。 https://agner.org/optimize/ ，并查看 x86 tag wiki 中的性能链接.

<小时/>

但是，是的，您通常应该将常量设置提升到循环之外。

如果你的“循环”是递归，如果没有昂贵的 call/ret 就无法轻松优化为普通循环，那么你当然可以为它创建一个包装函数公共(public)使用，并将其归入有效使用自定义调用约定的私有(private)函数(假设 %r13 = 8)。

.globl foo
foo:
    irmovq  $8, %r13

 # .p2align 4    # optional 16-byte alignment for the recursion entry point
 # fall through

.Lprivate_foo:
   # only reachable with r13=8
 # blah blah using r13=8
    call .Lprivate_foo
 # blah blah still assuming r13=8
    call .Lprivate_foo
 # more stuff
    ret                      # the final return 

没有其他东西可以调用private_foo；它是一个本地标签 (.Lxxx)，仅从此源可见。因此.Lprivate_foo的主体可以假设R13 = 8。

如果 r13 是 y86 调用约定中的调用保留寄存器(就像 x86-64 System V 中的那样)，那么要么选择像 r11 这样的调用破坏寄存器，要么让 public包装函数call private_foo，以便它可以在返回之前恢复调用者的r13。使用通常允许函数破坏的寄存器使得这种额外开销接近于零，而不是引入额外级别的调用/ret。

但这只有在您不从递归函数内部调用任何其他未知函数时才有效，否则您必须假设它们破坏了 R11。

将递归优化为循环具有很大的优势，编译器会尽可能地这样做。 (在像树遍历这样的双递归函数中，他们通常会将第二次递归调用变成循环分支，但实际上仍然递归非尾递归。)

<小时/>

如果您只是使用 8 作为比例因子，我担心您使用的是乘法。使用移位 3 会更有效。或者(因为您标记了 x86 以及 y86)，也许可以使用缩放索引寻址模式。但如果是为了指针增量，那么真正的 x86 将使用 add-immediate。就像添加 $8, %rsi 一样，使用 add r/m64, imm8 encoding仅使用 1 个字节作为常量(符号扩展至 64 位)。

但是 x86 等效项是 SIMD vector 常量或浮点常量，因为它们没有直接形式。在这种情况下，是的，您确实希望在循环之外的寄存器中设置常量。