avr-gcc：（看似）简单功能中不需要的序言/尾声

Question

当尝试处理 uint64 中的单个字节时，AVR gcc⁽¹⁾ 给了我一个奇怪的序言/尾声，而使用 uint32_t 编写的相同函数给了我一个 ret（示例函数是没有）。

为什么 gcc 会这样做？如何删除它？

You can see the code here, in Compiler Explorer.

⁽¹⁾ gcc 5.4.0 来自 Arduino 1.8.9 发行版，参数=-O3 -std=c++11。

源代码：

#include <stdint.h>

uint32_t f_u32(uint32_t x) {
  union y {
    uint8_t p[4];
    uint32_t w;
  };
  return y{ .p = {
    y{ .w = x }.p[0],
    y{ .w = x }.p[1],
    y{ .w = x }.p[2],
    y{ .w = x }.p[3]
  } }.w;
}

uint64_t f_u64(uint64_t x) {
  union y {
    uint8_t p[8];
    uint64_t w;
  };
  return y{ .p = {
    y{ .w = x }.p[0],
    y{ .w = x }.p[1],
    y{ .w = x }.p[2],
    y{ .w = x }.p[3],
    y{ .w = x }.p[4],
    y{ .w = x }.p[5],
    y{ .w = x }.p[6],
    y{ .w = x }.p[7]
  } }.w;
}

为uint32_t 版本生成的程序集：

f_u32(unsigned long):
  ret

为uint64_t 版本生成的程序集：

f_u64(unsigned long long):
  push r28
  push r29
  in r28,__SP_L__
  in r29,__SP_H__
  subi r28,72
  sbc r29,__zero_reg__
  in __tmp_reg__,__SREG__
  cli
  out __SP_H__,r29
  out __SREG__,__tmp_reg__
  out __SP_L__,r28
  subi r28,-72
  sbci r29,-1
  in __tmp_reg__,__SREG__
  cli
  out __SP_H__,r29
  out __SREG__,__tmp_reg__
  out __SP_L__,r28
  pop r29
  pop r28
  ret

Answer 1

我不确定这是否是一个好的答案，但这是我能给出的最好的答案。 f_u64() 函数的程序集在堆栈上分配 72 个字节，然后再次释放它们（由于这涉及寄存器 r28 和 r29，因此它们在开始时保存并在结束时恢复）。

如果你尝试在不优化的情况下编译（我也跳过了c++11标志，我认为它没有任何区别），那么你会看到f_u64()函数首先在堆栈上分配80个字节（类似到您在优化代码中看到的开头语句，仅使用 80 个字节而不是 72 个字节）：

    in r28,__SP_L__
    in r29,__SP_H__
    subi r28,80
    sbc r29,__zero_reg__
    in __tmp_reg__,__SREG__
    cli
    out __SP_H__,r29
    out __SREG__,__tmp_reg__
    out __SP_L__,r28

这80个字节其实都是用的。首先存储参数x 的值（8 个字节），然后完成涉及剩余 72 个字节的大量移动数据。

之后 80 个字节在堆栈上被释放，类似于优化代码中的关闭语句：

    subi r28,-80
    sbci r29,-1
    in __tmp_reg__,__SREG__
    cli
    out __SP_H__,r29
    out __SREG__,__tmp_reg__
    out __SP_L__,r28

我的猜测是优化器得出的结论是可以节省用于存储参数的 8 个字节。因此它只需要 72 个字节。然后得出结论，可以避免所有数据的移动。但是，它没有弄清楚这意味着堆栈上的72个字节可以被保留。

因此，我最好的选择是这是优化器中的限制或错误（无论您喜欢如何称呼它）。在这种情况下，唯一的“解决方案”是尝试改组实际代码以找到解决方法或将其作为编译器上的错误引发。

Answer 2

您问如何删除低效的代码。我对你的问题的回答是，你可以摆脱你的函数，因为它不执行任何计算，只是返回传递给它的相同值。

如果您出于某种原因仍希望能够在其他代码中调用该函数，我会这样做：

#define f_u64(x) ((uint64_t)(x))

Answer 3

您看到的开销是 CPU 如何存储数字的Endianness 的结果。在您在编译器资源管理器上引用的示例中，您选择了 Uno - GCC 代码为 ATmega328P （小端）生成 ASM。您还将 uint64 映射到 8 x uint8，因此编译器需要将 64 位数字的高位和低位 32 位部分转过来……然后在返回时将它们转回。 （你会看到 Godbolt 用不同的颜色显示了两个部分。）

如何删除它？这就是 ATmega328P 的工作方式。如果您在 Godbolt 上选择 Raspbain 编译器，您会看到开销消失了 - 因为该平台的字节序是大字节序。