高级CGNU C/C++ 内联汇编——补充介绍

Posted 2022-03-08 从善若水

本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

文章目录

• GNU C/C++ 内联汇编——补充介绍
• • 为C symbol 声明一个可用于汇编程序的name
  • • C 变量命名汇编名
    • C 函数命名汇编名
  • 定义一个驻留在指定寄存器中的变量
  • • 全局变量
    • • 定义一个全局变量
      • 声明一个全局变量
      • 全局变量的使用
    • 局部变量（在函数中声明的变量）
  • GCC如何计算一个asm块的大小
• 文章链接

GNU C/C++ 内联汇编——补充介绍

为C symbol 声明一个可用于汇编程序的name

       你可以通过将asm(或__asm__)关键字写在声明符（declarator）后面，为C函数或变量指定一个在汇编代码中使用的名称。你需要确定选择的汇编程序名称不会与任何其它汇编程序符号或 reference registers 冲突。

C 变量命名汇编名

下面的例子展示了如何为变量指定汇编程序名称:

int foo asm ("myfoo") = 2;

这指定了在汇编代码中用于变量foo的名称应该是 “myfoo” 而不是通常的 “foo” 。

GCC不支持对非静态局部变量使用此特性，因为这些变量没有对应的汇编名称（都存在栈中，通过偏移访问）。

C 函数命名汇编名

要指定函数的汇编器名称，请在函数定义之前写一个函数声明，并在其后添加 asm，如下所示：

int func (int x, int y) asm ("MYFUNC");
			
int func (int x, int y) 
 
	/* … */

这表示在汇编代码中用于函数 “func” 的名称应为 “MYFUNC”。

定义一个驻留在指定寄存器中的变量

       GNU C允许你将特定的硬件寄存器与C变量关联起来。在几乎所有的情况下，都是让编译器来分配寄存器以生成最好的代码。然而，在某些特殊情况下，需要对变量存储进行更精确的控制。

       全局变量和局部变量都可以与寄存器相关联。执行这种关联的结果在两者之间是非常不同的，如下面的解释。

全局变量

定义一个全局变量

你可以像这样定义一个全局寄存器变量，并将它与指定的寄存器关联起来:

register int *foo asm ("r12");

这里 “r12” 是关联起来的寄存器名称。注意，这与定义局部寄存器变量的语法相同，但对于全局变量，声明出现在函数之外。register关键字是必需的，不能与static结合使用。寄存器名称必须在目标平台有效。

不要使用类型限定符，如 const 和 volatile ，因为结果可能与预期相反。特别是，使用volatile限定符并不能完全阻止编译器优化对寄存器的访问。

寄存器在大多数系统上都是一种稀缺资源，允许编译器管理它们的使用通常会产生最好的代码。然而，在特殊情况下，在全局范围内保留一些寄存器是有意义的。例如，这可能在程序中是有用的。例如，有一对需要频繁访问的全局变量的编程语言解释器。

定义一个全局寄存器变量后，对于当前编译单元：

• 如果变量在内联汇编中引用，则必须通过约束向编译器提供访问类型。不支持从 basic asm 访问；
• 对变量的访问可以像往常一样优化，并且寄存器仍然可以在任何计算中分配和使用，前提是变量的可观察值不受影响；
• 如果寄存器是 call-saved 寄存器，那么调用ABI将受到影响：在变量被赋值之后，寄存器的值并没有在函数的 epilogue sequences 恢复。因此，函数不能安全地返回到采用标准ABI的调用方。
• 如果寄存器是一个 call-clobbered 寄存器，调用使用标准ABI的函数可能会丢失变量的内容。这样的调用可能由编译器创建，即使在原始程序中没有这样写，例如当使用 libgcc 函数来弥补不可用的指令时。

可以通过指定编译器选项 ‘-fixed-reg’ 来保留指定的寄存器。

声明一个全局变量

全局寄存器变量没有初始值，因为可执行文件没有办法为寄存器提供初始值。

选择寄存器时，通常选择在函数调用前会被保存现场，调用之后恢复现场的寄存器。这将确保那些不知道有保留寄存器的 code (例如，库函数) 在函数调用返回之前能够恢复它的值。

全局变量的使用

当调用不知道保留寄存器存在的函数时，如果在这些函数中又调用了使用这些保留寄存器的函数，则要小心。例如，如果调用 qsort 的系统库版本，它可能会在执行期间破坏你的保留寄存器，但是(如果你选择了适当的寄存器)它会在返回之前恢复它们。但是，在调用 qsort 的比较函数之前，是不会恢复它们，如果在 qsort 的比较函数中使用了这个变量的值，那这个值可能是错误的。

同样，从信号处理程序或多个控制线程访问全局寄存器变量也不安全。系统库函数可能会暂时将寄存器用于其它事情。此外，由于寄存器不是专门为变量保留的（也就是说其它函数也可以使用），因此从异步信号处理程序访问它时，有时会观察到一些不相关的临时值驻留在寄存器中。

在大多数机器上，longjmp 会将它在 setjmp 时保存的所有全局寄存器变量的值恢复。然而，在某些机器上，longjmp不会恢复全局寄存器变量的值。为了便于移植，调用 setjmp 函数时应该手动保存全局寄存器变量的值，并在 longjmp 中手动恢复它们。

局部变量（在函数中声明的变量）

你可以像这样定义一个局部寄存器变量，并将它与指定的寄存器关联起来:

register int *foo asm ("r12");

这里 “r12” 是寄存器的名称。注意，这与定义全局寄存器变量的语法相同，但对于局部变量，声明出现在函数中。register关键字是必需的，不能与static结合使用。寄存器名称必须是目标平台的有效名称。

不要使用类型限定符，如const和volatile，因为结果可能与预期相反。特别是，当使用 const 限定符时，编译器可能会用 asm 语句中的初始值替换变量的当前值，这可能会导致相应的操作数出现在不同的寄存器中，而非指定的寄存器。

与全局寄存器变量一样，建议选择通常在函数调用中会被保存和恢复的寄存器，这样库函数的调用就不会破坏它。

该特性唯一有用途的是在调用扩展 asm 时为输入和输出操作数指定寄存器。如果特定机器的约束不能提供足够的控制来选择所需的寄存器，那么这个功能就有用了。要将操作数强制放入寄存器，先创建一个局部变量，并在变量声明之后指定寄存器名称。然后在asm操作数中使用这个局部变量，并指定任何匹配这个寄存器的约束：

	register int *p1 asm ("r0") = …; 
	register int *p2 asm ("r1") = …; 
	register int *result asm ("r0"); 
	asm ("sysint" : "=r" (result) : "0" (p1), "r" (p2));

警告：在上面的例子中，要注意寄存器(例如 “r0” )可能会被后面的代码调用破坏(例如 “p2” 的初始化)，也可能会被一些为其它变量进行算术运算的函数（包括库函数）破坏。在这种情况下，可以使用临时变量解决：

	int t1 = …; 
	register int *p1 asm ("r0") = …; 
	register int *p2 asm ("r1") = t1; 
	register int *result asm ("r0"); 
	asm ("sysint" : "=r" (result) : "0" (p1), "r" (p2));

定义一个寄存器变量并不会保留这个寄存器。而且在调用扩展 asm 时，指定寄存器的内容不会得到保证。由于这个原因，下面的用法是不受支持的。如果它们看起来能工作，那只是偶然的，可能会因为(看起来)周围代码的不相关的变化而停止工作，或者甚至因为gcc未来版本的优化而产生一些微小的变化:

• 向 basic asm 传递或者接收参数；
• 在不使用输入或输出操作数的情况下，向扩展asm传递或接收参数；
• 使用非标准调用方法，向用汇编语言(或其他语言)编写的函数传递或接收参数。

一些开发人员使用本地寄存器变量是为了改善 gcc 的寄存器分配，特别是在大型函数中。在这种情况下，寄存器名实际上是对寄存器分配器的一个提示。虽然在某些情况下，这可以生成更好的代码，但这种提升可能不稳定，主要取决于分配器/优化器。由于不能保证你的优化一定有效，因此不鼓励使用本地寄存器变量。

GCC如何计算一个asm块的大小

       有些目标机器要求GCC能够跟踪正在使用的每条指令的大小，以便生成正确的代码。因为由 asm 语句生成的代码的最终长度只有汇编器知道，GCC必须估计它的长度。它通过计算 asm template 中的指令数，并乘以处理器支持的最长指令的长度来实现这一点（在计算指令数时，任何出现的换行符或语句分隔符（例如，’ ; ’ ）都表示指令的结束）。

       通常，GCC作出的评估是足以确保生成正确的代码。但是，如果你使用伪指令或汇编宏，或者如果你使用汇编指令在对象文件中扩展更多的空间（比单条指令所需的空间多），这时可能会影响编译器的评估结果。如果发生这种情况，则汇编器可能产生一个诊断，说明标签不可达（label is unreachable）。

---

这里是从善若水的博客，感谢您的阅读⌨🖥🖱

---

文章链接

《GNU C/C++ 内联汇编编程指南全集》
《GNU C/C++ 内联汇编——入门级》
《GNU C/C++ 内联汇编——进阶——语法详解》
《GNU C/C++ 内联汇编——进阶——约束详解》
《GNU C/C++ 内联汇编——补充介绍》
《GNU C/C++ 内联汇编——实例参考》
《GNU C/C++ 内联汇编——Intel与ATT汇编语法对比》

---

---