我怎样才能指出可以使用内联ASM参数所指向的内存呢？

Question

考虑以下小函数：

void foo(int* iptr) {
    iptr[10] = 1;
    __asm__ volatile ("nop"::"r"(iptr):);
    iptr[10] = 2;
}

使用gcc，这将编译为：

foo:
        nop
        mov     DWORD PTR [rdi+40], 2
        ret

void foo(int* iptr) {
    iptr[10] = 1;
    __asm__ volatile ("nop"::"r"(iptr):"memory");
    iptr[10] = 2;
}

foo:
        mov     DWORD PTR [rdi+40], 1
        nop
        mov     DWORD PTR [rdi+40], 2
        ret

void foo2(int* iptr, long* lptr) {
    iptr[10] = 1;
    lptr[20] = 100;
    __asm__ volatile ("nop"::"r"(iptr):);
    iptr[10] = 2;
    lptr[20] = 200;
}

所需的行为是让编译器优化对LPTR[20]的第一次写入，而不是对IPTR[10]的第一次写入。“memory”clobber无法实现这一点，因为它意味着必须同时执行以下两个写操作：

foo2:
        mov     DWORD PTR [rdi+40], 1
        mov     QWORD PTR [rsi+160], 100 ; lptr[10] written unecessarily
        nop
        mov     DWORD PTR [rdi+40], 2
        mov     QWORD PTR [rsi+160], 200
        ret

有什么方法可以告诉接受gcc扩展asm语法的编译器，asm的输入包括指针和它可以指向的任何东西吗？

Answer 1

这是正确的；要求将指针作为内联asm的输入，并不意味着指向的内存也是输入或输出，或者两者兼而有之。通过寄存器输入和寄存器输出，对于所有gcc所知，您的asm只是通过掩蔽低位来对齐指针，或者添加一个常数。（在这种情况下，您希望它优化掉一个死存储。）

简单的选项是ASM Volatile和“Memory”Clobber¹。

您所要求的更窄更具体的方法是使用“虚拟”内存操作数以及寄存器中的指针。您的asm模板没有引用这个操作数（除了可能在asm注释中查看编译器选择了什么）。它告诉编译器您实际读取、写入或读取+写入哪个内存。

如果使用[]未指定大小，则会告诉GCC相对于该指针访问的任何内存都是输入、输出或输入/输出操作数。如果使用[10]或[some_variable]，则会告诉编译器具体的大小。对于运行时可变大小，gcc实际上忽略了iptr[size+1]不是输入的一部分的优化。

GCC记录了这一点，因此支持它。我认为，如果数组元素类型与指针相同，或者如果是char，则不会违反严格别名。

（来自GCC手册）
一个x86示例，其中字符串内存参数的长度未知。

   asm("repne scasb"
    : "=c" (count), "+D" (p)
    : "m" (*(const char (*)[]) p), "0" (-1), "a" (0));

在内联asm示例中，这是一个广泛存在的bug，通常不会被检测到，因为asm被包装在一个函数中，而这个函数没有内联到任何调用程序中，这些调用程序会诱使编译器重新排序存储以进行合并，从而消除死存储。

GNU C内联asm语法是围绕向编译器描述单个指令而设计的。其目的是用“m”或“=m”操作数约束告诉编译器内存输入或内存输出，然后编译器选择寻址模式。

在内联asm中编写整个循环需要注意确保编译器确实知道发生了什么（或者asm volatile加上“memory”clobber)，否则，在更改周围代码或启用允许跨文件内联的链接时优化时，您会冒着损坏的风险。

另请参见使用内联程序集对数组进行循环，以使用asm语句作为循环体，但仍在C中执行循环逻辑。使用实际（非虚）“m”和“=m”操作数，编译器可以在其选择的寻址模式中使用位移来展开循环。

脚注1:“memory”clobber使编译器像对待非内联函数调用一样对待asm（可以读取或写入任何内存，但转义分析已经证明没有转义的本地内存除外）。转义分析包括asm语句本身的输入操作数，也包括任何早期调用可能存储指针的任何全局变量或静态变量。因此，通常本地循环计数器不必围绕带有“memory”clobber的asm语句溢出/重新加载。

asm volatile对于确保asm没有被优化掉是必要的，即使其输出操作数未被使用（因为您需要发生未声明的写入内存的副作用）。

或者对于仅由asm读取的内存,如果相同的输入缓冲区包含不同的输入数据,则需要asm再次运行。如果没有volatile，asm语句可以从循环中CSEd出来。(“memory”clobber不会使优化器在考虑asm语句是否需要运行时将所有内存视为输入。）

没有输出操作数的ASM是隐式的volatile，但最好将其显式化。（GCC手册中有一节是关于asm volatile的）。

例如，ASM（“...sum an array...”：“=r”（sum）：“r”（pointer）,“r”(end_pointer):“memory”）有一个输出操作数，因此不是隐式易失性的。如果你用它

 arr[5] = 1;
 total += asm_sum(arr, len);
 memcpy(arr, foo, len);
 total += asm_sum(arr, len);

如果没有volatile，第二个asm_sum可以优化掉，假设具有相同输入操作数（指针和长度）的相同asm将产生相同的输出。对于任何不是其显式输入操作数的纯函数的asm，都需要volatile。如果它没有优化掉，那么“memory”clobber将具有要求内存同步的预期效果。