跨平台程序集 ((x64 || x86) && (Microsoft x64 || SystemV))

Question

我正在尝试编写一些代码，以了解更多关于汇编和 JIT 编译器之类的知识。到目前为止，我已经能够提出一个 XOR 函数，理论上它应该可以在 Windows 和 Linux 环境中的 x86 或 x64 机器上工作。

假设我理解正确，[RE]AX 寄存器用于保存整数返回值，而[RE]DX 是用于在函数之间传递整数的可用寄存器之一。我选择不严格遵循 ABI 并使用 [RE]AX 传递第一个参数，因为它保存了 MOV 指令而不影响结果。

是否有更好（更优雅或更高效）的方式来生成跨平台程序集，或者我在开发此程序时是否犯了任何错误？

#include <cstdint>
#include <iostream>

template<typename TInput>
static auto Xor(TInput const highPart, TInput const lowPart) {
    constexpr bool is16Bit = (std::is_same<TInput, int16_t>::value || std::is_same<TInput, uint16_t>::value);
    constexpr bool is32Bit = (std::is_same<TInput, int32_t>::value || std::is_same<TInput, uint32_t>::value);
    static_assert(is16Bit || is32Bit, "type must be a member of the type family: [u]int{16, 32}_t");

    if constexpr (is16Bit) {
        uint16_t result;

        #if (defined(__linux__) || defined(__unix__) || defined(_WIN32))
            asm volatile ("xorw %%dx, %%ax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
        #else
            #error "Unsupported platform detected."
        #endif

        return result;
    }
    else if constexpr (is32Bit) {
        uint32_t result;

        #if (defined(__linux__) || defined(__unix__) || defined(_WIN32))
            asm volatile ("xorl %%edx, %%eax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
        #else
            #error "Unsupported platform detected."
        #endif

        return result;
    }
}

#define HIGH_PART 4;
#define LOW_PART 8;

int main() {
    int16_t const a = HIGH_PART;
    int16_t const b = LOW_PART;
    int16_t const c = Xor(a, b);

    uint32_t const x = HIGH_PART;
    uint32_t const y = LOW_PART;
    uint32_t const z = Xor(x, y);

    std::cout << c << "\n";
    std::cout << z << "\n";
    getchar();

    return 0;
}

以下是如何改进的示例；通过“提升”result 变量和if defined(...) 检查在constexpr 检查之上，我们可以使事情更通用。

template<typename T>
static auto Xor(T const highPart, T const lowPart) {
    constexpr bool is16Bit = (std::is_same<T, int16_t>::value || std::is_same<T, uint16_t>::value);
    constexpr bool is32Bit = (std::is_same<T, int32_t>::value || std::is_same<T, uint32_t>::value);
    static_assert(is16Bit || is32Bit, "type must be a member of the type family: [u]int{16, 32}_t");

    #if !(defined(__linux__) || defined(__unix__) || defined(_WIN32))
        #error "Unsupported platform detected."
    #endif

    T result;

    if constexpr (is16Bit) {
        asm volatile ("xorw %%dx, %%ax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
    }
    else if constexpr (is32Bit) {
        asm volatile ("xorl %%edx, %%eax;" : "=a" (result) : "a" (highPart), "d" (lowPart));
    }

    return result;
}

Answer 1

您不能让编译器在 64 位模式下在 EAX/RAX 中传递函数 arg。在 32 位模式下，您可以使用 gcc "regparm" 调用约定，如 __attribute__((regparm(3))) int my_func(int,int); 以该顺序在 EAX、ECX、EDX 中传递参数。 （因此编译器需要在 EAX 中具有函数 arg 的内联汇编之前的 mov）。

或者您可以使用 __attribute__((sysv_abi)) 声明您的函数以始终使用 SysV ABI，即使在 Windows 上编译时也是如此。但这只有在所有调用者都由 GCC/clang/ICC 而不是 MSVC 编译的情况下才有效。而且在 32 位模式下更糟； i386 System V 调用约定是废话：传递堆栈上的所有参数，并且在 edx:eax 中只返回 int64_t，而不是 2 成员 64 位结构。

调用sysv_abi 函数也可能是一个ms_abi 函数来保存/恢复所有xmm6..15，除非sysv_abi 函数调用可以内联和优化掉。所以总的来说，如果该函数还没有大量使用 XMM regs 并保存/恢复其中的大部分，那么这可能是一个糟糕的计划。

---

使用固定寄存器输入/输出约束通常没有用，除非您使用带有隐式寄存器的指令（例如，如果您不能使用 BMI2 shlx / shrx，则在 cl 中进行移位计数） .

让编译器使用"r" 和"+r" 约束进行寄存器分配。 （或"=r" 和"0" 匹配约束）因此您的函数可以有效地内联，而不管值在哪里。对于可以是寄存器或 32 位立即数的输入，也可以使用 "re"。甚至"rem" 用于也可以是内存的输入。但是，如果您重复使用输入，最好让编译器在 asm 之前为您加载它。

另见https://stackoverflow.com/tags/inline-assembly/info

硬编码寄存器分配部分违背了使用内联 asm 而不是编译器必须调用而不是内联的独立 asm 函数的目的。

查看编译器为您的代码生成的 asm 以了解它生成的周围代码，以及它如何通过选择操作数填充模板。

还要注意"r" 为 16 位类型选择 16 位寄存器，为 32 位类型选择 32 位寄存器，所以所有这些类型调整的东西基本上是不必要的。 （尽管取决于您的输入是如何写入的，使用 32 位 xor 可能比 16 位 xor 更好，如果稍后读取完整的 32 位或 64 位寄存器，可能会避免部分寄存器停顿。但是如果您的输入寄存器是使用 16 位操作数大小编写，然后在 P6 系列 CPU 上，32 位异或会创建部分寄存器停顿。）您可以覆盖为 "xor %0" 模板替换填充的大小，用 "%k0" 替换 32 -位大小等。见x86 Operand Modifiers in the GCC manual。