gcc - 为什么这个带有 gcc (clang) 内联汇编的简单 c 程序表现出未定义的行为？

Question

我正在尝试使用 gcc 汇编器扩展做一件非常简单的事情:

• 将一个无符号整型变量加载到一个寄存器中
• 加1
• 输出结果

在编译我的解决方案时:

#include <stdio.h>
#define inf_int volatile unsigned long long

int main(int argc, char *argv[]){
   inf_int zero = 0;
   inf_int one = 1;
   inf_int infinity = ~0;
   printf("value of zero, one, infinity = %llu, %llu, %llu\n", zero, one, infinity);
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0"
      : "=r" (infinity)
   );
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0"
      : "=r" (zero)
   );
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0"
      : "=r" (one)
   );
   printf("value of zero, one, infinity = %llu, %llu, %llu\n", zero, one, infinity);
   return 0;
}

使用以下开关:

gcc -std=c99 --pedantic -Wall  -c main.c -o main.o
gcc -std=c99 --pedantic -Wall  main.o -o main

我希望运行 main 得到以下结果:

value of zero, one, infinity = 0, 1, 18446744073709551615

value of zero, one, infinity = 1, 2, 0

但我得到的结果是这样的:

value of zero, one, infinity = 0, 1, 18446744073709551615

value of zero, one, infinity = 60, 61, 59

有趣的是，如果我向第一个 printf 添加一个字符，我将得到以下逐一输出:

value of zerao, one, infinity = 0, 1, 18446744073709551615

value of zero, one, infinity = 61, 62, 60

更有趣的是，我可以通过添加(可选)输出寄存器来修复该行为。但这会很浪费，因为使用了 2* 个以上的寄存器，并且无法帮助我理解为什么上一篇文章表现出未定义的行为。

#include <stdio.h>
#define inf_int volatile unsigned long long

int main(int argc, char *argv[]){
   inf_int zero = 0;
   inf_int one = 1;
   inf_int infinity = ~0;
   printf("value of zerao, one, infinity = %llu, %llu, %llu\n", zero, one, infinity);
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0 \n\t"
      "movq %0, %1"
      : "=r" (zero)
      : "r" (zero)
   );
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0 \n\t"
      "movq %0, %1"
      : "=r" (one)
      : "r" (one)
   );
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0 \n\t"
      "movq %0, %1"
      : "=r" (infinity)
      : "r" (infinity)
   );
   printf("value of zero, one, infinity = %llu, %llu, %llu\n", zero, one, infinity);
   return 0;
}

编辑

使用具有相同选项的 clang 编译也会给出未定义的行为:

value of zerao, one, infinity = 0, 1, 18446744073709551615

value of zero, one, infinity = 2147483590, 2147483591, 2147483592

编辑2

按照 Olaf 的建议，我尝试使用 stdint.h 中的 uint64_t。运行程序的结果仍未定义。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
//#define inf_int volatile unsigned long long
#define inf_int uint64_t
int main(int argc, char *argv[]){
   inf_int zero = 0;
   inf_int one = 1;
   inf_int infinity = ~0;
   printf("value of zerao, one, infinity = %lu, %lu, %lu\n", zero, one, infinity);
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0 \n\t"
      : "=r" (zero)
   );
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0 \n\t"
      : "=r" (one)
   );
   __asm__ volatile (
      "addq $1, %0 \n\t"
      : "=r" (infinity)
   );
   printf("value of zero, one, infinity = %lu, %lu, %lu\n", zero, one, infinity);
   return 0;
}

Answer 1

您的第一个代码没有为 asm 语句指定任何输入，因此选择的寄存器具有未定义的值(在本例中最初是 printf 的返回值)。第二个示例重复使用未定义值的错误，并通过用输出覆盖输入寄存器来添加更多未定义的行为。

您可以使用两个寄存器，例如:

__asm__ (
   "movq %1, %0 \n\t"
   "addq $1, %0"
   : "=r" (zero)
   : "r" (zero)
);

您可以使用输入/输出参数:

__asm__ (
   "addq $1, %0"
   : "+r" (zero)
);

既可以在内存中也可以在寄存器中:

__asm__ (
   "addq $1, %0"
   : "+rm" (zero)
);

或者您可以将输入与输出联系起来:

__asm__ (
   "addq $1, %0"
   : "=rm" (zero)
   : "0" (zero)
);

最后，不需要任何 volatile 修饰符。