解决windows调用约定保留xmm寄存器的问题？

Question

Windows上是否有任何方法可以解决XMM寄存器保留在函数调用中的要求？（除了将其全部写入汇编中）

不幸的是，我有许多AVX2内在函数因此而臃肿。

例如，这将被编译器(MSVC)放置在函数的顶部:

00007FF9D0EBC602 vmovaps xmmword ptr[rsp 1490h]、xmm6
00007FF9 D0EBC60B vmovaps XMMWORDPTR[rsp 1480h]、xmm7
000007FF9 D0 EBC614 VMOVAPsXMMWOORD ptr[rsp 1470h]，xmm8
0000 7FF9 0EBC61D VMOVAPSXMMWOrdPTR[Rp 1460h]、xmm9
0 07FF9 EBC626 VMOVAP XMMWORTR[rsp1450H]；xmm10
EBC62F vmovaps xmmword ptr[rsp 1440h]、xmm11
00007FF9D0EBC638 vmovaps XMMWORDPTR[rsp 1430h]，xmm12
00007FF9D0EBC641 vmovaps xmmword ptr[rsp 1420h]、xmm13
00007FF9 D0EBC64A vmovaps XMMWOORD ptr[rsp 1410h]、xmm14
000007FF9 D0 EBC653 VMOVAP XMMWORDPTR[rsp 1400h]和xmm15

然后在函数的末尾。。

00007FF9D0EBD6E6 vmovaps xmm6，xmmword ptr[r11-10h]＜br＞00007FF9 EBD6EC vmovaps xmm7，xmmword ptr[r11-20h]＜br＞00007 FF9D0eBD6F2 VMOVAP xmm8，xmmword ptr[R1 1-30h]＜＜br＞000007FF9 EBD 6F8 VMOVOPS xmm9，XMMWARD ptr[r11-40h]＜＞br＞000007 FF9 EBD0D6FE VMOVAPSXMM10，XMMWD ptr[R 11-50h]＜00007FF9D0EBD704VMOVAPS xmm11、xmmword ptr[r11-60h]＜br＞00007FF9 D0EBD70 A vmovaps xmm12，xmmword ptr[r11-70h]＜br＞00007FF9D0EBD710 vmovaps xmm13，XMMWORDPTR[r11-80h]＜br＞00007 FF9D0eBD716 vmovaps xmm14，XMMwordPTR[l11-90h]＜＞00007ff9D0EBD 71F VMOVAP xmm15，XMMWordPTR[r11-0A0h]

这20条指令没有任何作用，因为我不需要维护XMM国。我有100个这样的函数，编译器会像这样膨胀。它们都是通过函数指针从同一个调用点调用的。

我尝试更改调用约定（__vectorcall/cdecl/fastcall），但似乎没有任何作用。

Answer 1

对您想要通过函数指针拼凑的辅助函数使用x86-64 System V调用约定。在该调用约定中，所有xmm/ymm0...15和zmm0...31都是调用失败的，因此即使需要超过5个向量寄存器的辅助函数也不必保存/恢复任何向量寄存器。

调用它们的外部解释器函数应该仍然使用Windows x64 fastcall或vectorcall，所以从外部来看，它完全遵守那个调用约定。

这将把XMM6..15的所有保存/恢复提升到该调用程序中，而不是提升每个helper函数。这减少了静态代码大小，并通过函数指针分摊了多次调用的运行时成本。

AFAIK，MSVC不支持使用x86-64 System V调用约定的标记函数，只有fastcall与vectorcall，因此您必须使用clang。

（ICC有错误，无法在调用System V ABI函数时保存/恢复XMM6...15）。

Windows GCC在溢出< code>__m256的32字节堆栈对齐方面存在缺陷，因此通常情况下，将GCC与包含AVX的< code>-march=一起使用是不安全的。

对函数和函数指针声明使用 __attribute__（（sysv_abi）） 或 __attribute__（（ms_abi））。

我认为< code>ms_abi是< code>__fastcall，而不是< code>__vectorcall。Clang可能也支持< code > _ _ attribute _ _((vector call))，但是我没有试过。谷歌结果大多是功能请求/讨论。

void (*helpers[10])(float *, float*) __attribute__((sysv_abi));

__attribute__((ms_abi))
void outer(float *p) {
    helpers[0](p, p+10);
    helpers[1](p, p+10);
    helpers[2](p+20, p+30);
}

在Godbolt上用clang 8.0 < code >-O3-March = sky lake 编译如下。(Godbolt上的gcc/clang以Linux为目标，但是我在函数和函数指针上都使用了显式的< code>ms_abi和< code>sysv_abi，所以代码生成不依赖于缺省值为< code>sysv_abi的事实。显然，您希望用Windows gcc或clang来构建您的函数，这样对其他函数的调用将使用正确的调用约定。和有用的目标文件格式等。)

注意，gcc/clang为< code>outer()发出代码，该代码在RCX (Windows x64)中期待传入指针arg，但在RDI和RSI (x86-64 System V)中将其传递给被调用者。

outer:                                  # @outer
        push    r14
        push    rsi
        push    rdi
        push    rbx
        sub     rsp, 168
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 144], xmm15 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 128], xmm14 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 112], xmm13 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 96], xmm12 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 80], xmm11 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 64], xmm10 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 48], xmm9 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 32], xmm8 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp + 16], xmm7 # 16-byte Spill
        vmovaps xmmword ptr [rsp], xmm6 # 16-byte Spill
        mov     rbx, rcx                            # save p 
        lea     r14, [rcx + 40]
        mov     rdi, rcx
        mov     rsi, r14
        call    qword ptr [rip + helpers]
        mov     rdi, rbx
        mov     rsi, r14
        call    qword ptr [rip + helpers+8]
        lea     rdi, [rbx + 80]
        lea     rsi, [rbx + 120]
        call    qword ptr [rip + helpers+16]
        vmovaps xmm6, xmmword ptr [rsp] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm7, xmmword ptr [rsp + 16] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm8, xmmword ptr [rsp + 32] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm9, xmmword ptr [rsp + 48] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm10, xmmword ptr [rsp + 64] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm11, xmmword ptr [rsp + 80] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm12, xmmword ptr [rsp + 96] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm13, xmmword ptr [rsp + 112] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm14, xmmword ptr [rsp + 128] # 16-byte Reload
        vmovaps xmm15, xmmword ptr [rsp + 144] # 16-byte Reload
        add     rsp, 168
        pop     rbx
        pop     rdi
        pop     rsi
        pop     r14
        ret

GCC制作基本上相同的代码。但是Windows GCC与AVX有缺陷。

ICC19制作类似的代码，但没有xmm6的保存/恢复。15.这是一个阻碍者的错误;如果任何被调用方确实像允许的那样关闭这些regs，那么从此函数返回将违反其调用约定。

这使得clang成为您唯一可以使用的编译器。没关系；clang非常好。

如果您的被调用者不需要所有的YMM寄存器，那么在外部函数中保存/恢复所有的寄存器是多余的。但是现有的工具链没有中间地带；例如，您必须在asm中手写< code>outer,以充分利用您所知道的任何可能的被调用者都不会破坏XMM15的优势。

请注意，从＜code＞外部（）内部调用其他MS-ABI函数是完全可以的。GCC/clang也会（排除bug）为此发出正确的代码，如果被调用的函数选择不破坏xmm6..15，这也没关系。