C++/ASM：按值传递使用 xmm0，但通过引用使用 rdi

Posted 2023-02-16

【中文标题】C++/ASM：按值传递使用 xmm0，但通过引用使用 rdi

【英文标题】：C++/ASM: Passing by value uses xmm0, but by reference it uses rdi

【发布时间】：2019-09-01 18:01:56

【问题描述】：

我开始熟悉如何让 C/C++ 与 ASM 函数对话。为此，我首先了解了寄存器如何用于参数。

我有 2 个例程，可以将 2 个 64 位浮点数相乘。其中一个返回结果，另一个将结果保存在第一个参数中，即通过引用传递。 第一种情况很简单，而且没有问题，但第二种情况我无法让它工作，直到我让 g++ 生成汇编代码来看看它应该如何完成。程序集和 c++ 宿主代码放在各自的文件中：

section .text
global Mul_Double_ASM
global Mul_Double_ASM_2

Mul_Double_ASM:
    mulsd   xmm0,   xmm1
    ret

Mul_Double_ASM_2:
    mulsd   xmm0,   [rdi]
    movsd   [rdi],  xmm0

C++ 代码很简单：

#include <iostream>

using namespace std;

extern "C" double Mul_Double_ASM(double val1, double val2);
extern "C" void Mul_Double_ASM_2(double &val1, double val2);

int main(void)
    
    double  val_1,
            val_2;

    cin >> val_1;
    cin >> val_2;

    cout << std::fixed << Mul_Double_ASM(val_1, val_2) << endl;

    Mul_Double_ASM_2(val_1, val_2);
    cout << std::fixed << val_1 << endl;

    return 0;
    

它读取 2 个用户提供的数字并将它们与汇编函数相乘。这两个代码现在都可以工作，但我尝试 Mul_Double_ASM_2 的方式是：

mulsd   xmm0,   xmm1

最后没有 ret，当我打印 val_1 的值时，它具有原始值。然后我了解到第一个参数存储在寄存器 rdi 中，因此对我的代码进行了调整。

所以我的问题是：我可以在第一个函数中直接将 xmm0 和 xmm1 相乘而从不使用 rdi，但是当函数是通过引用传递时，我需要使用 rdi。你能解释一下为什么在第一种情况下使用 xmm0 和 xmm1 有效，而在第二种情况下无效？

【问题讨论】：

查找平台/编译器的调用约定。缺点是浮点数在xmm 寄存器中传递，但非浮点数在常规寄存器中传递；引用被视为指针（非浮点数）。

@Justin ，我碰巧有一个页面，其中包含打开 nasm (Linux) 的 x64 调用约定，但没有真正发现任何说明您所解释的内容：引用被视为指针。它只提到“xmm0 是第一，xmm1 是第二......”。如果您想将此作为答案，我很乐意接受。

【参考方案1】：

GCC 使用的调用约定——System V AMD64 ABI*——将浮点值放在 XMM 寄存器中，但在通用寄存器中放置非浮点值。引用在程序集中作为指针（非浮点数）传递（请参阅How are references implemented internally?）。

这意味着double和xmm0和xmm1中的两个by-value doubles被传递给函数，而by-reference double的地址在rdi中被传递by-值double 传入xmm0。

不同的调用约定可能会有所不同，但基于寄存器的调用约定通常在 XMM 寄存器而不是通用寄存器中传递浮点值。

* 我找不到 GCC 使用此 ABI 的保证，但它看起来是它的默认 ABI。

【讨论】：

GCC 默认使用目标系统的标准调用约定。例如MinGW GCC 面向 Windows x64（即使从 Linux 交叉编译），而面向 Linux 的 GCC 使用 x86-64 System V。所以是的，在 RDI 中传递第一个指针/整数 arg 清楚地表明它正在使用 x86-64 SysV。