何时在扩展GCC内联汇编中使用earlyclobber约束？

Question

我知道何时使用补鞋匠列表（例如列出在程序集中修改的寄存器，以便它不被选择用作输入寄存器等），但我无法绕过早期约束条件&。如果列出输出，那是否已经意味着输入不能使用所选寄存器（除了匹配数字约束）？

例如：

asm(
    "movl $1, %0;"
    "addl $3, %0;"
    "addl $4, %1;"
    "addl %1, %0;"
    : "=g"(num_out)
    : "g"(num_in)
    :
);

&甚至需要输出变量吗？编译器应该知道为输出选择的寄存器，因此知道不要将它用于输入。

Answer 1

默认情况下，编译器假定在写入任何输出寄存器之前将消耗所有输入，因此允许它们使用相同的寄存器。这样可以在可能的情况下获得更好的代码，但如果假设是错误的，事情将会灾难性地失败。 “早期clobber”标记是告诉编译器在所有输入被消耗之前将写入此输出的一种方式，因此它不能与任何输入共享寄存器。

Answer 2

最小的教育实例

在这里，我提供了一个最小的教育示例，试图使https://stackoverflow.com/a/15819941/895245提到更清楚。

该代码当然在实践中没有用，并且可以通过单个lea 1(%q[in]), %out指令更有效地实现。

main.c中

#include <assert.h>
#include <inttypes.h>

int main(void) {
    uint64_t in = 1;
    uint64_t out;
    __asm__ (
        "mov %[in], %[out];" /* out = in */
        "inc %[out];"        /* out++ */
        "mov %[in], %[out];" /* out = in */
        "inc %[out];"        /* out++ */
        : [out] "=&r" (out)
        : [in] "r" (in)
        :
    );
    assert(out == 2);
}

编译并运行：

gcc -ggdb3 -std=c99 -O3 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c
./main.out

这个程序是正确的，并且断言通过，因为&强制编译器为in和out选择不同的寄存器。

这是因为&告诉编译器在写入in之后可能会使用out，这实际上是这里的情况。

因此，不错误修改in的唯一方法是将in和out放在不同的寄存器中。

拆卸：

gdb -nh -batch -ex 'disassemble/rs main' main.out

包含：

   0x0000000000001055 <+5>:     48 89 d0        mov    %rdx,%rax
   0x0000000000001058 <+8>:     48 ff c0        inc    %rax
   0x000000000000105b <+11>:    48 89 d0        mov    %rdx,%rax
   0x000000000000105e <+14>:    48 ff c0        inc    %rax

这表明海湾合作委员会选择rax为out和rdx为in。

但是，如果我们删除&，则行为未指定。

在我的测试系统中，断言实际上失败了，因为编译器试图最小化寄存器使用，并编译为：

   0x0000000000001055 <+5>:     48 89 c0        mov    %rax,%rax
   0x0000000000001058 <+8>:     48 ff c0        inc    %rax
   0x000000000000105b <+11>:    48 89 c0        mov    %rax,%rax
   0x000000000000105e <+14>:    48 ff c0        inc    %rax

因此使用rax为in和out。

结果是out增加了两次，最后等于3而不是2。

在Ubuntu 18.10 amd64，GCC 8.2.0中测试。

更实际的例子

• multiplication implicit output registers
• 非硬编码的临时寄存器：GCC: Prohibit use of some registers