为啥在数组中的值的情况下比较的工作方式不同

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥在数组中的值的情况下比较的工作方式不同

【英文标题】：Why does compare works differently in the case of value from the array为什么在数组中的值的情况下比较的工作方式不同

【发布时间】：2020-10-20 18:45:03

【问题描述】：

我正在使用内联 C 程序集，但我不明白为什么 cmp 命令在这两种情况下不起作用。

我有 C 函数：

int array_max(const int input_array[], const int array_size);

在main中我创建了数组并将其传递给函数

int input_array[] = 50,10,3,70,5;

printf("%d\n", array_max(input_array, 5));

函数定义写在汇编中

__asm__
(
"array_max:;"
"   xor     %rdx, %rdx;"
"   movq    $70, %rax;"
"   movq    $50, %rbx;" 

"   cmp     %rbx, %rax;"
"   jge     gr_eq;"
"   movq    %rbx, %rax;"
    
"gr_eq:;"
"   ret"
);

在这种情况下是返回值 70

__asm__
(
"array_max:;"
"   xor     %rdx, %rdx;"
"   movq    $70, %rax;"
"   movq    (%rdi,%rdx,4), %rbx;" // input_array[0] == 50

"   cmp     %rbx, %rax;"
"   jge     gr_eq;"
"   movq    %rbx, %rax;"
    
"gr_eq:;"
"   ret"
);

但这种情况下 50...

sameone 可以帮助我如何将传递的数组值与寄存器中的值进行比较？并解释一下为什么这个实现不起作用？

【问题讨论】：

非常感谢！当我将它存储到 ECX 或 EDX 并与 EAX 进行比较时，它就可以工作了！

RBX 保留调用；选择一个不同的寄存器。 （以及固定负载的操作数大小）。例如cmpl $70, (%rdi, %rdx, 4)。请注意，它的比较顺序与您所做的相反，加载结果作为右手操作数。

【参考方案1】：

问题是您有一个 32 位有符号 ints 数组，并且您正在从数组中读取 64 位值（当每个元素的大小仅为 4 个字节时）并作为 64 位有符号整数进行比较.如果您使用 GDB 之类的调试器单步调试代码，您应该会看到发生了什么。请注意，RBX 是AMD64 System V ABI 中的非易失性寄存器，因此它的值必须保存在函数中。您可以通过不使用任何 RBX、RBP 或 R12-R15 寄存器来避免这种情况。

最简单的改变就是这样做：

__asm__
    (
    "array_max:;"
    "   xor     %rdx, %rdx;"
    "   mov     $70, %eax;"
    "   mov     (%rdi,%rdx,4), %ecx;"
    "   cmp     %ecx, %eax;"
    "   jge     gr_eq;"
    "   mov     %ecx, %eax;"

    "gr_eq:;"
    "   ret"
    );

随着您的前进，您应该意识到您将arr_size 作为const int 传递，这是一个32 位有符号数。作为将通过 RSI 传递的第二个参数。传递 32 位值时，寄存器的高 32 位（如 RSI）未定义。你必须确保你sign extend the 32-bit value to a 64-bit signed value。更好的是将const int 更改为const size_t，在 64 位代码中将是 64 位无符号值。这让调用者有责任将值放入完整的寄存器中。

继续使用const int arr_size的代码版本；确保数组大小大于 0；从最后一个元素到第一个元素的遍历数组可以这样完成：

__asm__
    (
    "array_max:\n\t"
    "   movsx %esi, %rsi\n\t"          # Sign extend arr_size(ESI) 32-bit value to 64-bit
    "   mov   $0x80000000, %eax\n\t"   # EAX starts as lowest signed integer
    "   jmp   2f\n"
    "1:\n\t"
    "   mov   (%rdi,%rsi,4), %ecx\n\t" # Read current 32-bit signed value from array
    "   cmp   %eax, %ecx\n\t"
    "   jl    2f\n\t"                  # Is current element(ECX) < max value(EAX)?
    "   mov   %ecx, %eax\n"            # If not, update max value with current element
    "2:\n\t"
    "   dec   %rsi\n\t"                # Work backwards through the array
    "   jge   1b\n\t"                  # Until we have finished processing 1st element
    "   ret"                           # Return max array value in EAX  
    );

它的工作方式是将EAX中的初始最大值设置为最小的负值（0x80000000），并从数组的末尾开始，将当前元素与最大值进行比较。如果当前元素 (ECX) 大于看到的最大值 (EAX)，则将最大值设置为当前元素。这一直持续到数组的开头被处理。

---

注意事项

您可以进行一些改进，例如使用CMOVcc 指令之一在没有分支的情况下设置当前元素的最大值。它看起来像：

"   cmp     %eax, %ecx\n\t"
"   cmovg   %ecx, %eax\n"          # Set max value to current element if ECX>EAX

代替：

"   cmp   %eax, %ecx\n\t"
"   jl    2f\n\t"                  # Is current element(ECX) < max val(EAX)?
"   mov   %ecx, %eax\n"            # If not, update max value with current element

如果有人使用 GCC/CLANG 的 -S 选项来查看生成的汇编指令，我会使用 "\n\t"（换行符后跟制表符）来改进格式。您可以继续使用;。

我使用数字标签来确保所有标签都是唯一的，并且不会与 C 编译器可能生成的任何其他标签冲突。有关此功能的更多信息可以找到here

数字标签

数字标签由零 (0) 范围内的单个数字组成 通过九 (9) 个冒号 (:)。仅使用数字标签 供本地参考，不包含在目标文件的符号中 桌子。数字标签的范围有限，可以重新定义 反复。

当数字标签用作参考时（作为指令 例如，操作数）、后缀 b（“向后”）或 f（“向前”） 应添加到数字标签。对于数字标签 N， 参考 Nb 指的是之前定义的最近的标签 N 参考，参考 Nf 指的是最近的标签 N 定义 在引用之后。

【讨论】：

什么是“1:\n\t”、“2:\n\t”和\n\t？我只学习了 3 天的内联汇编，很难找到有关它的资源，而且我在任何地方都没有看到这些“命令”。

@Wh1stlee：我用一些额外的细节更新了我的答案。 \n\t 和 \n 可以结束类似 ; 的指令，但它改进了格式，如底部注释部分所述。在您看到\n\t 或\n 的任何地方，如果这对您更有意义，您可以将其替换为;。

@Wh1stlee：有关链接，请参见 ***.com/tags/inline-assembly/info。但是，当您只是在全局范围内使用 asm 语句来定义整个函数（而不是简单地将其放在单独的文件中）时，inline asm 的大部分复杂性都不适用（约束告诉编译器如何围绕扩展 Asm 语句进行优化）。您所处理的只是普通的 GAS 语法，在这种情况下是 x86-64 和 AT&T 语法。 sourceware.org/binutils/docs/as/Symbol-Names.html GNU 中的文档 as 手册文档数字本地标签。