ASM 约束副作用

Posted 2023-03-16

【中文标题】ASM 约束副作用

【英文标题】：ASM constraints side effects

【发布时间】：2019-08-07 01:42:50

【问题描述】：

我很难理解某些特定的影响 GCC 中用于内联汇编的约束。

在下面的示例中，如果我在输出上使用“=X”并在所有输入上使用“X”运行，则 2 打印输出

0x562f39629260, 100

0x14, 100

这表明指向我分配的缓冲区的指针已更改。导致 Segfault 是尝试读取缓冲区的内容 在我的汇编代码之后。

相反，如果我在输出中输入“+X”或在输入中输入“m”，那么 地址保持不变，打印输出：

0x55571bb83260, 100

0x55571bb83260, 100

而且我可以安全地读取缓冲区而不会出现段错误。

我不明白如何或为什么应该/可以修改此指针？ 有没有办法安全地选择约束？ gcc 在线文档 对此没有提供太多见解。

非常感谢，

int main() 
    long size = 100;
    char * buffer = (char*)malloc(size*sizeof(char));

    printf("%p, %d\n",buffer, size);

    __asm__(
    "mov %[out], %%rcx \n"
    "mov %[size], %%rbx \n"
    "loop: \n"
    "movb $1, (%%rcx) \n"
    "add $1, %%rcx \n"
    "sub $1, %%rbx \n"
    "jnz loop \n"
    : "=X"(buffer) //outputs
    : [out]"X"(buffer), [size]"X"(size) //inputs
    : "rbx", "rcx" //clobbers
    );

    printf("%p, %d\n",buffer, size);

    return 0;

【问题讨论】：

为什么buffer 是一个输出？另外，您到底为什么要使用X 约束？当然=X 打破buffer ...你基本上告诉编译器它应该从它想要的任何地方为buffer 获取一个新值，而你甚至没有引用那个参数。

【参考方案1】：

=X 中的 = 表示这是一个 OUTPUT ONLY 约束（与 + 的更新约束相反）。这意味着汇编代码应该向操作数（%0）写入一些内容，这将是输出的值。但是由于您的汇编代码从不写入%0，因此您会得到该位置的任何垃圾（可能是寄存器分配器选择的寄存器）。

尝试在 asm 代码中添加 mov %%rcx,%0 行，看看实际发生了什么。

你真正想要的很可能更像是：

__asm__ volatile (
"mov %[size], %%rbx \n"
"loop: \n"
"movb $1, (%[out]) \n"
"add $1, %[out] \n"
"sub $1, %%rbx \n"
"jnz loop \n"
: [out]"+r"(buffer) //outputs
: [size]"X"(size) //inputs
: "rbx", "memory" //clobbers
);

请注意，这会使buffer 指向插入的值之后（在缓冲区的末尾）——不清楚这是否是您想要的。你可以对尺寸做同样的事情，让它变得更简单：

__asm__ volatile (
"loop: \n"
"movb $1, (%[out]) \n"
"add $1, %[out] \n"
"sub $1, %[size] \n"
"jnz loop \n"
: [out]"+r"(buffer), [size]"+X"(size) //outputs
: //inputs
: "memory" //clobbers
);

虽然完全不使用 asm 会更简单（并且对优化器来说更好）：

do  *buffer++ = '\1';  while (--size);

---

总结一下下面所有的 cmets，你可能想要的是这样的：

long size = 100;
char buffer[100];
char *temp;
__asm__(
"loop: \n"
"movb $1, (%[out]) \n"
"add $1, %[out] \n"
"sub $1, %[size] \n"
"jnz loop \n"
: [out]"=r"(temp), [size]"+X"(size), "=m"(buffer) //outputs
: "0"(buffer) // inputs
)  // no clobbers

对整个缓冲区使用"=m" 约束而不是内存破坏和易失性意味着如果不使用任何结果，则可以消除死代码 对在缓冲区上移动的指针使用临时值意味着可以保留原始缓冲区（开始）值。 如果必须对缓冲区使用 malloc，"=m"(*(char (*)[100])buffer) 可用于获取对整个缓冲区的约束。

但是，我坚持我之前的评论，即不使用 asm 编写它会更好；它更简单，更容易理解，编译器的优化器可能会为你向量化它。

【讨论】：

+@MichaelPetch: "+m"(*buffer) 只告诉编译器 first 字节是输入/输出。这对于新分配的内存来说可能已经足够了，但是当前推荐的语法是转换为指向数组的指针并取消引用。我最近在Looping over arrays with inline assembly 上使用该语法的未知/已知大小版本更新了我的答案：对于这种情况，您可以使用[dummy] "+m" (*(char(*)[100]) buffer) 以及 作为您实际使用的[out] "+r"(buffer)。如果这在没有早期破坏者的情况下是安全的，那么 dummy 可以使用相同的指针

@PeterCordes ：我在出去的路上用手机输入了它，当时我并没有真正考虑。我实际上想指出的是，malloc 在这里毫无意义，因为它没有被释放。无论如何我都会在堆栈上放置一个 100 个字符的本地数组（char buffer[100]）然后会考虑过: [out]"+m"(buffer)。在这种情况下，它将是整个数组。更改数组的创建方式是我的初衷，然后我放弃了我后悔发表的评论..

@MichaelPetch：哦，太好了，我没有考虑过取消引用指向数组的指针的“基本情况”，但现在你得到整个数组内容是有道理的，而不是衰减 - "+m"(buffer) 的指向指针。

@Chris：请参阅我的第一条评论，了解一种使此安全没有 "memory" clobber 和没有volatile 的方法。 （使用你的，数组内容的副作用通过输出约束对编译器不可见，因此如果你不使用 size 或之后的指针的修改副本，它可以优化 asm 语句。只有一个没有输出的asm 是隐式易失的）。顺便说一句，我应该使用"=m" (*(char(*)[100]) buffer)，因为它是仅输出。我们不想告诉编译器我们用"+m" 读取了未初始化的数据，而实际上我们并没有。

@JeanMi：使用int *asm_input = buffer; tmp var，或使用单独的输入和输出变量（输入具有"0" (buffer) 匹配约束），并带有虚拟输出。或者只是将您的 asm 块放在 static inline 包装函数中，这样您就可以以这种方式获取变量的副本，而不会影响调用者的变量副本。但实际上，对于 x86，您通常应该使用内在函数。编译器绝对不总是完美的，但它更便携，通常足以使用内在函数。 （而且你必须是专家才能击败编译器，例如agner.org/optimize）