gcc - 减去并检测下溢，最有效的方法？ (带有 GCC 的 x86/64)

Question

我正在使用 GCC 4.8.1 来编译 C 代码，我需要检测 x86/64 架构上的减法是否发生下溢。两者都是未签名的。我知道汇编很容易，但我想知道我是否可以在 C 代码中完成并让 GCC 以某种方式对其进行优化，因为我找不到它。这是一个非常常用的函数(或低级，是这个术语吗？)所以我需要它是高效的，但是 GCC 似乎太笨了，无法识别这个简单的操作？我尝试了很多方法在 C 中给它提示，但它总是使用两个寄存器，而不仅仅是一个子跳转和一个条件跳转。老实说，看到这么多次编写如此愚蠢的代码(函数被调用很多)，我很生气。

我在 C 中的最佳方法似乎如下:

if((a-=b)+b < b) {
  // underflow here
}

基本上，从a中减去b，如果结果下溢检测到它并做一些条件处理(这与a的值无关，例如，它会带来错误等)。

GCC 似乎太愚蠢了，无法将上述内容简化为子跳转和条件跳转，相信我，我在 C 代码中尝试了很多方法，并尝试了很多命令行选项(当然包括 -O3 和 -Os)。 GCC 的作用是这样的(英特尔语法汇编):

mov rax, rcx  ; 'a' is in rcx
sub rcx, rdx  ; 'b' is in rdx
cmp rax, rdx  ; useless comparison since sub already sets flags
jc underflow

不用说以上是愚蠢的，当它需要的是:

sub rcx, rdx
jc underflow

这太烦人了，因为 GCC 确实理解 sub 以这种方式修改标志，因为如果我将它类型转换为“int”，它将生成完全上面的内容，除了它使用“js”，它是带符号的跳转，而不是进位，它不会如果无符号值差异足够高以设置高位，则工作。尽管如此，它表明它知道影响这些标志的子指令。

现在，也许我应该放弃尝试让 GCC 正确优化它并使用我没有问题的内联汇编来完成它。不幸的是，这需要“asm goto”，因为我需要一个有条件的 JUMP，而 asm goto 对于输出不是很有效，因为它是不稳定的。

我尝试了一些东西，但我不知道使用它是否“安全”。由于某种原因，asm goto 不能有输出。我不想让它将所有寄存器刷新到内存，这会扼杀我正在做的整个点，这就是效率。但是，如果我使用空的 asm 语句，并且在它之前和之后将输出设置为 'a' 变量，这会起作用吗并且安全吗？这是我的宏:

#define subchk(a,b,g) { typeof(a) _a=a; \
  asm("":"+rm"(_a)::"cc"); \
  asm goto("sub %1,%0;jc %l2"::"r,m,r"(_a),"r,r,m"(b):"cc":g); \
  asm("":"+rm"(_a)::"cc"); }

并像这样使用它:

subchk(a,b,underflow)
// normal code with no underflow
// ...

underflow:
  // underflow occured here

这有点难看，但效果很好。在我的测试场景中，它编译得很好，没有 volatile 开销(将寄存器刷新到内存)而不会产生任何不好的东西，看起来它工作正常，但这只是一个有限的测试，我不可能在我使用这个函数的任何地方测试它/macro 正如我所说，它被大量使用，所以我想知道是否有人知识渊博，上述构造是否存在不安全之处？

特别是，如果发生下溢，则不需要 'a' 的值，因此请记住，我的内联 asm 宏是否会发生任何副作用或不安全的事情？如果不是，我会毫无问题地使用它，直到他们优化编译器，这样我就可以在我猜测之后将其替换回来。

请不要把这变成关于过早优化或什么不是的辩论，继续讨论这个问题，我完全意识到这一点，所以谢谢你。

Answer 1

我可能会错过一些明显的东西，但为什么这不好呢？

extern void underflow(void) __attribute__((noreturn));
unsigned foo(unsigned a, unsigned b)
{
    unsigned r = a - b;
    if (r > a)
    {
        underflow();
    }
    return r;
}

我已经检查过，gcc 将其优化为您想要的:

foo:
    movl    %edi, %eax
    subl    %esi, %eax
    jb      .L6
    rep
    ret
.L6:
    pushq   %rax
    call    underflow

当然，您可以根据需要处理下溢，我刚刚这样做是为了保持 asm 简单。