用于双重否定的奇怪 SSE 汇编程序指令

Question

GCC 和 Clang 编译器似乎使用了一些黑魔法。 C 代码只是否定 double 的值，但汇编指令涉及按位 XOR 和指令指针。有人可以解释发生了什么以及为什么它是最佳解决方案。谢谢。

test.c的内容：

void function(double *a, double *b) {
    *a = -(*b); // This line.
}

生成的汇编指令：

(gcc)
0000000000000000 <function>:
 0: f2 0f 10 06             movsd  xmm0,QWORD PTR [rsi]
 4: 66 0f 57 05 00 00 00    xorpd  xmm0,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # c <function+0xc>
 b: 00 
 c: f2 0f 11 07             movsd  QWORD PTR [rdi],xmm0
10: c3                      ret 

---

(clang)
0000000000000000 <function>:
 0: f2 0f 10 06             movsd  xmm0,QWORD PTR [rsi]
 4: 0f 57 05 00 00 00 00    xorps  xmm0,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # b <function+0xb>
 b: 0f 13 07                movlps QWORD PTR [rdi],xmm0
 e: c3                      ret    

地址0x4 的汇编指令代表“这一行”，但我不明白它是如何工作的。 xorpd/xorps 指令应该是逐位的 XOR 和 PTR [rip] 是指令指针。

我怀疑在执行时rip 指向了0f 57 05 00 00 00 0f 字节带附近的某个位置，但我不太明白这是如何工作的，以及为什么两个编译器都选择这种方法。

附：我应该指出这是使用-O3编译的

Answer 1

对我来说，gcc 与 -S -O3 相同代码选项的输出是：

    .file   "test.c"
    .text
    .p2align 4,,15
    .globl  function
    .type   function, @function
function:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    movsd   (%rsi), %xmm0
    xorpd   .LC0(%rip), %xmm0
    movsd   %xmm0, (%rdi)
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   function, .-function
    .section    .rodata.cst16,"aM",@progbits,16
    .align 16
.LC0:
    .long   0
    .long   -2147483648
    .long   0
    .long   0
    .ident  "GCC: (Ubuntu 6.3.0-12ubuntu2) 6.3.0 20170406"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

这里xorpd指令使用指令指针相对寻址，偏移量指向.LC0标签，64位值0x8000000000000000（第63位设置为1）。

.LC0:
    .long   0
    .long   -2147483648

如果你的编译器是大端的，这些行被交换了。

与0x8000000000000000 对双精度值进行异或运算会将符号位（即第 63 位）设置为 1，以获得负值。

clang 使用xorps 指令的方式与此异或双精度值的前 32 位的方式相同。

如果您使用-r 选项运行对象转储，它将显示在运行程序之前应在程序上完成的重定位。

objdump -d test.o -r

test.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <function>:
   0:   f2 0f 10 06             movsd  (%rsi),%xmm0
   4:   66 0f 57 05 00 00 00    xorpd  0x0(%rip),%xmm0        # c <function+0xc>
   b:   00 
            8: R_X86_64_PC32    .LC0-0x4
   c:   f2 0f 11 07             movsd  %xmm0,(%rdi)
  10:   c3                      retq   

Disassembly of section .text.startup:

0000000000000000 <main>:
   0:   31 c0                   xor    %eax,%eax
   2:   c3                      retq   

在<function + 0xb>，我们有一个类型为 R_X86_64_PC32 的重定位。

PS：我使用的是 gcc 6.3.0

Answer 2

xorps xmm0,XMMWORD PTR [rip+0x0]

被[]包围的指令的任何部分都是对内存的间接引用。 在这种情况下，引用地址 RIP+0 处的内存
（我怀疑它实际上是 RIP+0，您可能已经编辑了实际偏移量）

X64 指令集增加了instruction pointer relative addressing。这意味着您可以在程序中拥有（通常是只读的）数据，即使程序在内存中移动，您也可以轻松处理这些数据。

XOR xmm0,Y 反转 xmm0 中在 Y 中设置的所有位。
否定涉及反转符号位，这就是使用 xor 的原因。特别是xorpd/s，因为我们正在处理双重响应。单浮子。