GCC跳转表初始化代码生成movsxd并添加？答案

【问题标题】：GCC Jump Table initialization code generating movsxd and add?GCC跳转表初始化代码生成movsxd并添加？
【发布时间】：2019-02-10 21:43:24
【问题描述】：

当我在 GCC 中编译一个带有优化的 switch 语句时，它会设置一个这样的跳转表，

(fcn) sym.foo 148
  sym.foo (unsigned int arg1);
; arg unsigned int arg1 @ rdi
0x000006e0      83ff06         cmp edi, 6                              ; arg1
0x000006e3      0f87a7000000   ja case.default.0x790
0x000006e9      488d156c0100.  lea rdx, [0x0000085c]
0x000006f0      89ff           mov edi, edi
0x000006f2      4883ec08       sub rsp, 8
0x000006f6      486304ba       movsxd rax, dword [rdx + rdi*4]
0x000006fa      4801d0         add rax, rdx                            ; '('
;-- switch.0x000006fd:
0x000006fd      ffe0           jmp rax                                 ; switch table (7 cases) at 0x85c

MOVSXD 和 ADD 是最好的方法吗，

movsxd rax, dword [rdx + rdi*4]
add rax, rdx

这与使用LEA 和displacement 不一样

lea rax, [rdx + rdi*4 + rdx]

我突然想到我可能不明白这里发生了什么。 RDX 似乎是跳表的开始。 RDI 是 switch 语句的传入参数。为什么我们要添加两次RDX？

这是我用-O3编译的switch语句，

int foo (int x) {
  switch(x) {
    //case 0: puts("\nzero"); break;
    case 1: puts("\none"); break;
    case 2: puts("\ntwo"); break;
    case 3: puts("\nthree"); break;
    case 4: puts("\nfour"); break;
    case 5: puts("\nfive"); break;
    case 6: puts("\nsix"); break;
  }
  return 0;
}

【问题讨论】：

标签： gcc x86 switch-statement x86-64 jump-table

【解决方案1】：

GCC 在其跳转表中使用相对位移（相对于表的基数），而不是绝对地址。 因此，跳转表本身与位置无关，并且在重新定位时不需要修复， 例如作为加载 PIE 可执行文件或 PIC 共享库的一部分。

如果您使用-fno-pie -no-pie 编译，gcc 可能会选择使用带有jmp [table + rdi*8] 的跳转目标表

像 x86-64 Linux 这样的目标确实支持运行时数据修复，所以一个简单的跳转表是可能的。但是有些目标根本不支持修复，这就是 gcc -fPIC / -fpie 完全避免它的原因。这种潜在的优化是gcc bug 84011。有关更多信息，请参见那里的讨论。

不幸的是 gcc 使用的是跳转表，而不是意识到每种情况之间的唯一区别是数据，而不是代码。所以实际上它只需要一个字符串指针的表查找。（如果愿意，可以使用相对位移来完成。）

这是一个单独的错过优化，我报告为bug 85585。（这提醒了我，我有一个半写的后续，我应该完成并发布。）

【讨论】：

啊，这就是相对位移的样子，现在完全有道理了！你有什么建议我读的关于相对位移的吗？
@EvanCarroll：我认为这个词可以自我解释。 disp = target - base，它适合 32 位，因为静态代码 + 数据始终在 32 位位移范围内。要解码，只需使用 MOVSXD 和 ADD 执行 target = base + sign_extend(disp)。在调试器中单步执行并查看值（如果这还不明显）。和/或查看编译器输出的表数据。

【解决方案2】：

MOVSXD 和 ADD 是最好的方法吗？

这可以通过 add 和 qword 内存操作数来完成。当然，缺点是它会使桌子变大一倍。

这和使用带位移的 LEA 不一样

不，lea 不访问内存。

为什么我们要添加两次 RDX？

第一次使用它作为表的基础来索引它。该表包含相对于自身的地址，因此将 RDX 添加到表中的值会创建一个绝对地址。

顺便说一句，这很容易改进：

mov edi, edi     ; truncate rdi to 32bit

在当前架构上，self-mov 不能被 mov 消除，因此最好移动到其他寄存器。

【讨论】：