在寄存器中返回结构 - GCC 中的 ARM ABI答案

【问题标题】：Returning structs in registers - ARM ABI in GCC在寄存器中返回结构 - GCC 中的 ARM ABI
【发布时间】：2011-02-23 11:53:17
【问题描述】：

在 ARM ABI 文档中，我遇到了如下定义的函数：

__value_in_regs struct bar foo(int a, int b) {
    ...
}

但 GCC(4.3.3) 不允许这样做，我能找到的只是对某些 RealView 编译器的引用。 GCC 有没有办法做到这一点？

我已经尝试过 -freg-struct-return 但它没有任何区别。由于它是 ABI，我无法更改原始程序，并且返回常规结构会破坏堆栈。

如果可以避免的话，我宁愿不为此使用汇编。

谢谢！

【问题讨论】：

您正在阅读哪些 ABI 文档？我正在阅读的 ARM AAPCS 没有那个关键字。 infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ihi0042d/…
我做了一些谷歌搜索，我知道发生了什么。你能写一点汇编代码来重击这些调用吗？或者这种情况经常发生？
@jbcreix，不，您只需要编写一个小程序集填充程序来进行函数调用，然后将结果压入堆栈并返回。你可以让其他一切保持不变。
@jbcreix，同样的问题。然后你需要让你的汇编 shim/thunk 代码成为公共 API，并从它调用到你的 C 代码中，将堆栈的值 off 拉入寄存器，然后返回。同样的问题，只是往另一个方向发展。
为什么不呢？应该是 10 条指令....

标签： c gcc struct arm

【解决方案1】：

我不确定这是否可行，但您可以尝试使用pcs function attribute：

struct bar foo(int a, int b) __attribute__((pcs("aapcs")));
struct bar foo(int a, int b) {
    ...
}

【讨论】：

此行为未在 AAPCS 中指定；这是一个 RVCT 功能。

【解决方案2】：

应要求作为答案发布：

如果您必须生成一个可以与您的编译器不支持的 ABI 一起使用的二进制文件，那么您就会遇到一些麻烦。在 C 语言中您无能为力。在这种情况下，您将需要依靠汇编语言编程并重复必要的调用。有两种可能：

从您的二进制文件调用到另一个二进制文件的 ABI。
从其他二进制文件调用到您的二进制文件的 ABI。

这两个问题都以类似方式解决。要从您的代码中调出，您需要在程序集中创建 shim 函数，围绕调用约定来匹配外部 ABI，然后从那里调用外部函数。与您的 C 代码的不同之处在于，现在要进行外部调用，您调用内部汇编例程，它会执行所需的任何外部调用，然后将返回值以您的 C 代码可以理解的格式放回，并返回.

要支持从外部二进制文件调用到您的代码，您可以做同样的事情，但相反。二进制文件的入口点将是小型汇编例程，它们将外部 ABI 转换为 C 代码可以理解的格式，调用内部函数，然后将返回值放回外部代码可以理解的格式并返回。

恐怕有时没有好的解决方案。

【讨论】：

【解决方案3】：

"Procedure Call Standard for the ARM Architecture" 具体说（第 5.4 节：结果返回）：

“在R0中返回一个不大于4字节的复合类型。”

“大于 4 字节的复合类型 ... 存储在内存中的地址处，该地址在调用函数时作为额外参数传递...。”

我知道有些 CPU 有几种不同的“标准”ABI。但我的印象是，几乎所有 ARM 编译器都使用相同的 ABI。

您是否有任何证据表明 GCC不使用此标准 ABI？

您是否介意发布一个链接，指向与此标准 ABI 不同的 ARM ABI 的任何信息 - 调用者或被调用者使用的 ABI，或两者兼而有之？

【讨论】：

坦率地说，我不记得了，我现在还没有准备好检查它的机器，但是重新阅读我自己的话，不，gcc当时没有遵循，否则，如果没有__value_in_regs，代码会生成正确的程序集，我不会问这个问题。

【解决方案4】：

您可以使用“long long”为两个寄存器执行此操作，如本页提供的“ARM 体系结构的过程调用标准”链接中所述。

long long test(uint32_t a, uint32_t b, uint32_t c, uint32_t d)
{
    long long ret;
    ret = a+b;
    ret <<= 32;
    ret |= c + d;
    return ret;
}

将被简单地编译为：

0002dbb8 <test>:
2dbb8:       1841            adds    r1, r0, r1
2dbba:       18d0            adds    r0, r2, r3
2dbbc:       4770            bx      lr

你调用函数中的ret & 0xFFFFFFFF和ret >> 32将被r0和r1无缝替换。

甚至可以通过使用“Containerized 向量”：

typedef uint32_t uint32x4_t __attribute__ ((vector_size (16)));

uint32x4_t test2(uint32_t a, uint32_t b, uint32_t c, uint32_t d)
{
    uint32x4_t ret = { a + 1, b + 2, c + 3, d + 4};
    // to access elements: ret[0], ret[1], ...
    return ret;
}

编译为：

0002dbb8 <test2>:
2dbb8:       3001            adds    r0, #1
2dbba:       3102            adds    r1, #2
2dbbc:       3203            adds    r2, #3
2dbbe:       3304            adds    r3, #4
2dbc0:       4770            bx      lr

请注意，在上面的文档中它被称为 SIMD/NEON 功能，但我只是在 Thumb 模式下的 Cortex M0 上实现了它，没有 NEON 支持。

【讨论】：