如何获取特定 xmm 寄存器的位？

Question

所以我想获取特定 xmm 寄存器的值或状态。这主要用于崩溃日志或只是为了查看寄存器的状态以进行调试。我试过这个，但它似乎不起作用：

#include <x86intrin.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {

     register __m128i my_val __asm__("xmm0");
     __asm__ ("" :"=r"(my_val));
     printf("%llu %llu\n", my_val & 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, my_val << 63);
  return 0;
}

据我所知，store 相关的内在函数不会将 __m128i 视为 POD 数据类型，而是将其视为对 xmm 寄存器之一的引用。

如何获取和访问__m128i 中存储为 64 位整数的位？或者我上面的__asm__ 有效吗？

Answer 1

如果你真的想知道 register 值，而不是__m128i C 变量值，我建议使用像 GDB 这样的调试器。 print /x $xmm0.v2_int64 在断点处停止时。

在函数顶部捕获寄存器是一种非常不稳定且不可靠的尝试尝试（闻起来就像您已经走错了设计路径）^{1支持>。但是您使用 register-asm local var 走在正确的轨道上。但是，xmm0 不能匹配 "=r" 约束，只能匹配 "=x"。有关使用空 asm 模板告诉编译器您希望 C 变量成为寄存器中的内容的更多信息，请参阅Reading a register value into a C variable。}

不过，您确实需要 asm volatile("" : "=x"(var)); 语句； GNU C register-asm local vars 没有任何保证，除非用作asm 语句的操作数。 （无论如何，GCC 通常会将您的 var 保存在该寄存器中，但 IIRC clang 不会。）

对于将在何处订购此产品并没有太多保证。其他代码（asm volatile 可能会有所帮助，或者对于更强的排序也可以使用"memory"clobber）。也不能保证 GCC 不会首先将寄存器用于其他用途。 （特别是像任何 xmm reg 一样的调用破坏寄存器。）但它至少在我测试的版本中确实可以工作。

print a __m128i variable 展示了如何将 __m128i 打印为两个 64 位的一半，或者作为其他元素大小。编译器通常会优化_mm_store_si128 / 重新加载到随机播放中，无论如何这都是为了打印所以保持简单。

在 x86-64 上的 GNU C 中，使用 unsigned __int128 tmp; 也是一个选项。

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#include <immintrin.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#ifndef __cplusplus
#include <stdalign.h>
#endif

// If you need this, you're probably doing something wrong.
// There's no guarantee about what a compiler will have in XMM0 at any point
void foo() {
    register __m128i xmm0 __asm__("xmm0");
    __asm__ volatile ("" :"=x"(xmm0));

    alignas(16) uint64_t buf[2];
    _mm_store_si128((__m128i*)buf, xmm0);
    printf("%llu %llu\n", buf[1], buf[0]);   // I'd normally use hex, like %#llx
}

这会首先打印高半部分（最重要的部分），因此从左到右读取两个元素，我们会按内存地址的降序排列buf 中的每个字节。

它可以使用 GCC 和 clang (Godbolt) 编译成我们想要的 asm，在阅读之前不会踩到 xmm0。

# GCC10.2 -O3
foo:
        movhlps xmm1, xmm0
        movq    rdx, xmm0                 # low half -> RDX
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0
        xor     eax, eax
        movq    rsi, xmm1                 # high half -> RSI
        jmp     printf

---

脚注 1：

如果您确定您的函数没有内联，您可以利用调用约定来获取 xmm0..7（对于 x86-64 System V）或 xmm0..3（如果您没有）的传入值整数参数 (Windows x64)。

__attribute__((noinline))
void foo(__m128i xmm0, __m128i xmm1, __m128i xmm2, etc.) {
  // do whatever you want with the xmm0..7 args
}

如果您想为调用者使用的函数提供不同的原型（省略 __m128i 参数），那可能可行。这当然是 ISO C 中的未定义行为，但如果你真的停止内联，效果取决于调用约定。只要您确保它是noinline，那么链接时优化就不会进行跨文件内联。

当然，插入函数调用这一事实会改变调用者中的寄存器分配，因此这仅对您将要调用的函数有所帮助。

Answer 2

如何获取和访问存储在__m128i 中的 64 位整数位？

您必须将__m128i 向量转换为一对uint64_t 变量。您可以使用转换内在函数来做到这一点：

uint64_t lo = _mm_cvtsi128_si64(my_val);
uint64_t hi = _mm_cvtsi128_si64(_mm_unpackhi_epi64(my_val, my_val));

...或者虽然记忆：

uint64_t buf[2];
_mm_storeu_si128((__m128i*)buf, my_val);
uint64_t lo = buf[0];
uint64_t hi = buf[1];

后者在性能方面可能更差，但如果您打算仅将其用于调试，则可以。如果需要，适应不同大小的元素也很简单。

或者我上面的__asm__ 有用吗？

不，它没有。 “=r”输出约束不允许作为输出传递的向量寄存器，例如xmm0，它只允许通用寄存器。没有通用寄存器是 128 位宽的，所以 asm 语句没有意义。

另外，我应该注意my_val << 63 以错误的方式移动值。如果您想输出假设的 128 位值的高半部分，那么您应该向右移动，而不是向左移动。除此之外，向量的移位要么没有实现，要么没有实现act on each element of the vector，而不是整个向量，这取决于编译器。但这部分没有实际意义，就像上面的代码一样，您不需要任何转换来输出两半。