为什么此内联程序集不能为每个指令使用单独的asm volatile语句？

Question

对于以下代码：

long buf[64];

register long rrax asm ("rax");
register long rrbx asm ("rbx");
register long rrsi asm ("rsi");

rrax = 0x34;
rrbx = 0x39;

__asm__ __volatile__ ("movq $buf,%rsi");
__asm__ __volatile__ ("movq %rax, 0(%rsi);");
__asm__ __volatile__ ("movq %rbx, 8(%rsi);");

printf( "buf[0] = %lx, buf[1] = %lx!\n", buf[0], buf[1] );

我得到以下输出：

buf[0] = 0, buf[1] = 346161cbc0!

应该是：

buf[0] = 34, buf[1] = 39!

有什么想法为什么它不能正常工作，以及如何解决？

Answer 1

您破坏了内存，但是不告诉GCC，因此GCC可以buf在程序集调用中缓存值。如果要使用输入和输出，请告知GCC所有相关信息。

__asm__ (
    "movq %1, 0(%0)\n\t"
    "movq %2, 8(%0)"
    :                                /* Outputs (none) */
    : "r"(buf), "r"(rrax), "r"(rrbx) /* Inputs */
    : "memory");                     /* Clobbered */

通常，您还希望让GCC处理大部分的mov，寄存器选择等-即使您明确限制了寄存器（rrax为stil
%rax），也让信息流经GCC还是会得到意想不到的结果。

__volatile__存在的原因是，您可以保证编译器将您的代码准确地放置在该位置……这对于此代码是 完全不必要的
保证。这是实现内存屏障等高级功能所必需的，但如果仅修改内存和寄存器，则几乎是一文不值。

GCC已经知道它不能在此之后移动该程序集，printf因为该printf调用访问buf，并且buf可能被该程序集破坏。GCC已经知道它之前不能移动程序集，rrax=0x39;因为它rax是程序集代码的输入。那么你__volatile__能得到什么呢？没有。

如果您的代码无法正常运行，__volatile__那么代码中应该存在一个错误，应该 纠正
该错误，而不仅仅是添加__volatile__并希望它会使一切变得更好。该__volatile__关键字不是魔术，不应该被如此对待。

替代解决方案：

__volatile__您的原始代码是否必要？否。只需正确标记输入和缓冲值即可。

/* The "S" constraint means %rsi, "b" means %rbx, and "a" means %rax
   The inputs and clobbered values are specified.  There is no output
   so that section is blank.  */
rsi = (long) buf;
__asm__ ("movq %%rax, 0(%%rsi)" : : "a"(rrax), "S"(rssi) : "memory");
__asm__ ("movq %%rbx, 0(%%rsi)" : : "b"(rrbx), "S"(rrsi) : "memory");

为什么__volatile__在这里没有帮助您：

rrax = 0x34; /* Dead code */

GCC完全有权利完全删除上述行，因为上述问题中的代码声称它从未使用过rrax。

一个更清晰的例子

long global;
void store_5(void)
{
    register long rax asm ("rax");
    rax = 5;
    __asm__ __volatile__ ("movq %%rax, (global)");
}

拆卸程度与您预期的差不多-O0，

movl $5, %rax
movq %rax, (global)

但是，关闭优化功能后，您对组装的了解可能会很草率。让我们尝试-O2：

movq %rax, (global)

哎呀！哪儿rax = 5;去了？它是无效代码，因为%rax从未在函数中使用过-
至少就GCC所知。GCC不会窥视内部装配体。移除后会发生什么__volatile__？

; empty

好吧，您可能会认为__volatile__通过阻止GCC丢弃您宝贵的程序集为您提供服务，但这只是掩盖了GCC认为您的程序集没有 做
任何事情的事实。GCC认为您的程序集不接受任何输入，不产生任何输出，并且不占用任何内存。您最好理顺一下：

long global;
void store_5(void)
{
    register long rax asm ("rax");
    rax = 5;
    __asm__ __volatile__ ("movq %%rax, (global)" : : : "memory");
}

现在我们得到以下输出：

movq %rax, (global)

更好。但是，如果您将输入信息告知GCC，则将确保%rax首先正确初始化：

long global;
void store_5(void)
{
    register long rax asm ("rax");
    rax = 5;
    __asm__ ("movq %%rax, (global)" : : "a"(rax) : "memory");
}

输出，经过优化：

movl $5, %eax
movq %rax, (global)

正确！而且我们甚至不需要使用__volatile__。

为什么__volatile__存在？

主要的正确用法__volatile__是，如果汇编代码执行除输入，输出或破坏内存之外的其他操作。也许它与GCC不知道或影响IO的特殊寄存器弄混了。您在Linux内核中经常看到它，但是它在用户空间中经常被滥用。

该__volatile__关键字是非常诱人的，因为我们的C程序员往往喜欢把我们 几乎 在汇编语言编程了。不是。C编译器进行了大量数据流分析-
因此您需要为汇编代码向编译器说明数据流。这样，编译器可以安全地操纵程序集的块，就像操纵其生成的程序集一样。

如果发现自己使用__volatile__了很多东西，则可以选择在汇编文件中编写整个函数或模块。