在C ++内联asm中使用基指针寄存器

Posted

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了在C ++内联asm中使用基指针寄存器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

我希望能够在内联asm中使用基址指针寄存器（%rbp）。这样的玩具示例是这样的：

void Foo(int &x)
{
    asm volatile ("pushq %%rbp;"         // 'prologue'
                  "movq %%rsp, %%rbp;"   // 'prologue'
                  "subq $12, %%rsp;"     // make room

                  "movl $5, -12(%%rbp);" // some asm instruction

                  "movq %%rbp, %%rsp;"  // 'epilogue'
                  "popq %%rbp;"         // 'epilogue'
                  : : : );
    x = 5;
}

int main() 
{
    int x;
    Foo(x);
    return 0;
}

我希望，因为我使用通常的序幕/结尾函数调用方法来推动和弹出旧的%rbp，这样就可以了。但是，当我尝试在内联asm之后访问x时，它会出现故障。

GCC生成的汇编代码（略微剥离）是：

_Foo:
    pushq   %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    movq    %rdi, -8(%rbp)

    # INLINEASM
    pushq %rbp;          // prologue
    movq %rsp, %rbp;     // prologue
    subq $12, %rsp;      // make room
    movl $5, -12(%rbp);  // some asm instruction
    movq %rbp, %rsp;     // epilogue
    popq %rbp;           // epilogue
    # /INLINEASM

    movq    -8(%rbp), %rax
    movl    $5, (%rax)      // x=5;
    popq    %rbp
    ret

main:
    pushq   %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    subq    $16, %rsp
    leaq    -4(%rbp), %rax
    movq    %rax, %rdi
    call    _Foo
    movl    $0, %eax
    leave
    ret

谁能告诉我为什么这个段错了？似乎我以某种方式腐败%rbp但我不知道如何。提前致谢。

我在64位Ubuntu 14.04上运行GCC 4.8.4。

答案

请参阅本答案的底部，以获取其他内联-asm Q＆A的链接集合。

您希望通过内联asm学习什么？如果你想学习内联asm，学会用它来制作高效的代码，而不是像这样的可怕的东西。如果你想编写函数序言和push / pop来保存/恢复寄存器，你应该在asm中编写整个函数。 （然后你可以很容易地使用nasm或yasm，而不是使用GNU汇编程序指令1的不太优选的AT＆T语法。）

GNU内联asm很难使用，但允许您将自定义asm片段混合到C和C ++中，同时让编译器处理寄存器分配以及必要时的任何保存/恢复。有时编译器会通过给你一个允许被破坏的寄存器来避免保存和恢复。如果没有volatile，当输入相同时，它甚至可以将asm语句从循环中提升出来。 （即除非你使用volatile，否则输出被认为是输入的“纯粹”函数。）

如果你只是想在第一时间学习asm，那么GNU inline asm是一个糟糕的选择。你必须完全理解asm所发生的一切，并了解编译器需要知道什么，编写正确的输入/输出约束并使一切正确。错误将导致破坏事物和难以调试的破损。函数调用ABI更简单，更容易跟踪代码和编译器代码之间的边界。

你compiled with -O0，所以gcc的代码将函数参数从%rdi溢出到堆栈上的某个位置。 （即使使用-O3，这也可能发生在非平凡的功能上）。由于目标ABI是x86-64 SysV ABI，它使用“红区”（%rsp以下128B，即使异步信号处理程序也不允许破坏），而不是浪费指令递减堆栈指针以保留空间。

它将8B指针函数arg存储在-8(rsp_at_function_entry)中。然后你的内联asm推动%rbp，它将％rsp递减8然后在那里写入，破坏&x（指针）的低32b。

当你的内联asm完成后，

  • gcc重新加载-8(%rbp)（已被%rbp覆盖）并将其用作4B商店的地址。
  • Foo用main回归到%rbp = (upper32)|5（原值为32，设置为5）。
  • main运行leave：%rsp = (upper32)|5
  • main用ret运行%rsp = (upper32)|5，从虚拟地址(void*)(upper32|5)读取返回地址，你的评论是0x7fff0000000d。

我没有用调试器检查;其中一个步骤可能略有偏差，但问题肯定是你破坏了红色区域，导致gcc的代码摧毁堆栈。

即使添加“内存”clobber也不会让gcc避免使用红色区域，因此它看起来从内联asm分配你自己的堆栈内存只是一个坏主意。 （记忆破坏意味着你可能已经写了一些你可以写入的内存，而不是你可能已经覆盖了你不应该写的东西。）

如果要使用内联asm中的临时空间，则应该将数组声明为局部变量，并将其用作仅输出操作数（您从未读取过）。

Here's what you should have done：

void Bar(int &x)
{
    int tmp;
    long tmplong;
    asm ("lea  -16 + %[mem1], %%rbp
	"
         "imul $10, %%rbp, %q[reg1]
	"  // q modifier: 64bit name.
         "add  %k[reg1], %k[reg1]
	"    // k modifier: 32bit name
         "movl $5, %[mem1]
	" // some asm instruction writing to mem
           : [mem1] "=m" (tmp), [reg1] "=r" (tmplong)  // tmp vars -> tmp regs / mem for use inside asm
           :
           : "%rbp" // tell compiler it needs to save/restore %rbp.
  // gcc refuses to let you clobber %rbp with -fno-omit-frame-pointer (the default at -O0)
  // clang lets you, but memory operands still use an offset from %rbp, which will crash!
  // gcc memory operands still reference %rsp, so don't modify it.  Declaring a clobber on %rsp does nothing
         );
    x = 5;
}

请注意%rbp / #APP部分之外的代码中的#NO_APP的推/弹，由gcc发出。另请注意，它为您提供的临时存储器位于红色区域中。如果你用-O0编译，你会发现它与&x溢出的位置不同。

为了获得更多的临时寄存器，最好只声明更多输出操作数，这些操作数永远不会被周围的非asm代码使用。这会将寄存器分配给编译器，因此在内联到不同位置时可能会有所不同。如果你需要使用特定的寄存器（例如%cl中的移位计数），提前选择并声明一个clobber是有意义的。当然，像"c" (count)这样的输入约束会让gcc将计数放在rcx / ecx / cx / cl中，所以你不会发出可能冗余的mov %[count], %%ecx。

如果这看起来太复杂，请不要使用内联asm。使用C的lead the compiler to the asm you want就像最优的asm，或者在asm中写一个完整的函数。

当使用内联asm时，尽可能地保持它：理想情况下只是gcc没有自己发出的一个或两个指令，输入/输出约束告诉它如何将数据输入/输出asm语句。这就是它的设计目标。

经验法则：如果您的GNU C内联asm以mov开头或结尾，那么您通常会做错，应该使用约束。

脚注：

  1. 您可以通过使用-masm=intel（在这种情况下，您的代码只能使用该选项）或使用dialect alternatives在inline-asm中使用GAS的intel-syntax，因此它可以与Intel中的编译器或AT＆T asm输出语法一起使用。但这并没有改变指令，GAS的英特尔语法也没有很好的记录。 （它就像MASM，而不是NASM。）除非你真的讨厌AT＆T语法，否则我不推荐它。

Inline asm links: