为什么VC 2010经常使用ebx作为“零寄存器”？

Question

昨天，我看了一些由VC 2010生成的32位代码（很可能；对不起，我不知道具体的选项），我被一个奇怪的反复出现的细节所吸引：在许多函数中，它在序言中将ebx归零，并且它总是像“零寄存器”一样使用它（想想MIPS上的零）。特别是，它经常：

• 用它来清零内存；这并不罕见，因为mov mem， imm的编码比mov mem， reg大1到4个字节（即使为0也必须编码完整的即时值大小），但通常（gcc）必要的寄存器会“按需”清零，并保留以用于更有用的目的；
• 用它来与零进行比较——如cmp reg， ebx。这让我觉得很不寻常，因为它应该与test reg， reg完全相同，但在额外的寄存器中添加了依赖项。现在，请记住，这发生在非叶函数中，ebx经常被（被调用者）推送到堆栈上和堆栈外，所以我不相信这个依赖项总是完全免费的。此外，它还以完全相同的方式使用test reg， reg（test/cmp=

最重要的是，“经典”x86上的寄存器是一种稀缺资源，如果你开始不得不溢出寄存器，你会无缘无故地浪费很多时间；为什么要在所有函数中浪费一个，只是为了在其中保留一个零？（尽管如此，想想看，我不记得在使用这种“零寄存器”模式的函数中看到过多少寄存器溢出）。

那么：我错过了什么？这是一个编译器blooper还是一些在2010年特别有趣的难以置信的智能优化？

以下是摘录：

    ; standard prologue: ebp/esp, SEH, overflow protection, ... then:
    xor     ebx, ebx
    mov     [ebp+4], ebx        ; zero out some locals
    mov     [ebp], ebx
    call    function_1
    xor     ecx, ecx            ; ebx _not_ used to zero registers
    cmp     eax, ebx            ; ... but used for compares?! why not test eax,eax?
    setnz   cl                  ; what? it goes through cl to check if eax is not zero?
    cmp     ecx, ebx            ; still, why not test ecx,ecx?
    jnz     function_body
    push    123456
    call    throw_something
function_body:
    mov     edx, [eax]
    mov     ecx, eax            ; it's not like it was interested in ecx anyway...
    mov     eax, [edx+0Ch]
    call    eax                 ; virtual method call; ebx is preserved but possibly pushed/popped
    lea     esi, [eax+10h]
    mov     [ebp+0Ch], esi
    mov     eax, [ebp+10h]
    mov     ecx, [eax-0Ch]
    xor     edi, edi            ; ugain, registers are zeroed as usual
    mov     byte ptr [ebp+4], 1
    mov     [ebp+8], ecx
    cmp     ecx, ebx            ; why not test ecx,ecx?
    jg      somewhere

label1:
    lea     eax, [esi-10h]
    mov     byte ptr [ebp+4], bl    ; ok, uses bl to write a zero to memory
    lea     ecx, [eax+0Ch]
    or      edx, 0FFFFFFFFh
    lock xadd [ecx], edx
    dec     edx
    test    edx, edx            ; now it's using the regular test reg,reg!
    jg      somewhere_else

注意：这个问题的早期版本说它使用了mov reg，ebx，而不是xor ebx，ebx；这只是我没有正确地记住东西。对不起，如果有人想得太多，试图理解这一点。

Answer 1

你评论为奇数的一切在我看来都是次优的。测试eax，eax将所有标志（除AF外）设置为与cmp相同的零，并且是性能和代码大小的首选。

在P6（通过Nehalem的PPro）上，读取长死寄存器是不好的，因为它可能导致寄存器读取暂停。P6核每个时钟只能从永久寄存器文件中读取2或3个最近未修改的体系结构寄存器（以获取问题阶段的操作数：ROB保留UOP的操作数，而SnB系列上仅保留对物理寄存器文件的引用）。

由于这是来自VS2010，Sandybridge尚未发布，因此它应该非常重视Pentium II/III、Pentium-M、Core2和Nehalem的调谐，其中读取“冷”寄存器可能是一个瓶颈。

IDK，如果像这样的事情对整数正则表达式有意义的话，但我不太了解如何为P6之前的CPU进行优化。

cmp/setz/cmp/jnz序列看起来特别脑残。也许它来自编译器内部的罐装序列，用于从某些东西产生布尔值，并且它未能优化布尔测试回到直接使用标志？这仍然不能解释使用ebx作为零寄存器，这在那里也完全没用。

是否有可能其中一些来自内联asm，该asm返回了一个布尔整数（使用一个希望寄存器中为零的傻瓜）？

或者源代码正在比较两个未知值，只有在内联和常量传播之后，它才变成与零的比较？哪个MSVC没有完全优化，所以它仍然在寄存器中保持0作为常数，而不是使用测试？

（其余部分写在问题包含代码之前）。

听起来很奇怪，或者像CSE/持续吊运疯狂的案例。i、 e.将0视为您可能希望加载一次的任何其他常数，然后在整个函数中进行reg reg copy。

您对数据依赖行为的分析是正确的：从不久前归零的寄存器移动基本上会启动一个新的依赖链。

当gcc需要两个零寄存器时，它通常对一个寄存器进行异或零运算，然后使用mov或movdqa复制到另一个寄存器。

这在Sandybridge上是次优的，其中xor归零不需要执行端口，但在推土机系列上可能获胜，其中mov可以在AGU或ALU上运行，但xor归零仍然需要ALU端口。

对于矢量移动，这在推土机上是一个明显的胜利：在没有执行单元的寄存器重命名中处理。但是XMM或YMM寄存器的异或归零仍然需要推土机系列上的执行端口（或者ymm的两个，所以始终使用具有隐式零扩展的xmm）。

尽管如此，我认为这并不能证明在整个功能期间捆绑寄存器是合理的，尤其是在需要额外保存/恢复的情况下。对于P6系列CPU来说，寄存器读取摊位是一件事。