在汇编中，如何在不破坏任一操作数的情况下添加整数？

Question

在 x86-64 上使用 AT&T 语法，我希望将 c = a + b; 组装为

add %[a], %[b], %[c]

不幸的是，GNU 的汇编器不会这样做。为什么不呢？

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根据英特尔的软件开发人员手册， rev. 75（2021 年 6 月），卷。 2，第 2.5 节，

VEX 编码的通用寄存器指令具有...对三个可编码操作数的指令语法支持。

VEX 前缀是 AVX 功能，因此从 Sandy Bridge/Bulldozer 开始的 x86-64 CPU 实现了它。那是十年前的事了，所以 GNU 的汇编器应该汇编我的三操作数指令，不是吗？

为了澄清，我知道可以用旧样式写成

mov %[a], %[c]
add %[b], %[c]

但是，我希望以新的 VEX 风格编写它。顺便说一句，我通过向 GCC 发出 -march=skylake 命令行选项来通知汇编器我有一个现代 CPU。

请问我的错误是什么？

示例代码

在 C++ 包装器中，

#include <cstddef>
#include <iostream>

int main()
{
    volatile int a{8};
    volatile int b{5};
    volatile int c{0};
    //c = a + b;
    asm volatile (
        //"mov %[a], %[c]\n\t"
        //"add %[b], %[c]\n\t"
        "add %[a], %[b], %[c]\n\t"
        : [c] "=&r" (c)
        : [a] "r" (a), [b] "r" (b)
        : "cc"
    );
    std::cout << c << "\n";
}

Answer 1

只有少数特定的 GPR 指令具有 VEX 编码，主要是在 AVX 已经存在之后添加的 BMI1/BMI2 指令。请参阅表 2-28 中的列表，其中包含ANDN, BEXTR, BLSI, BLSMSK, BLSR, BZHI, MULX, PDEP, PEXT, RORX, SARX, SHLX, SHRX，以及 5.1.16.1 中的相同列表。例如，andn's manual entry 仅列出 VEX 编码，and's manual entry 不列出任何编码。

所以英特尔（很遗憾）没有为整个指令集引入全新的三操作数替代编码。他们只是介绍了一些特定的指令，这些指令采用三个操作数并使用 VEX。在某些情况下，它们具有与现有指令相似或等效的功能，例如SHLX 用于具有变量计数的 SHL，因此有效地提供了先前两操作数指令的三操作数版本，但仅在那些特殊情况下。没有全面的等效说明。

“旧式”双操作数形式仍然是 add 指令的唯一版本。然而，正如 fuz 在 cmets 中指出的那样，lea 可能是添加两个寄存器并将结果写入第三个寄存器的好方法，但受操作数大小的一些限制。

请参阅Using LEA on values that aren't addresses / pointers? 了解 LEA 可以做的更一般的事情，例如将常量复制并添加到寄存器，或移位并添加。编译器已经知道这一点，并将在适当的情况下使用lea，只要它保存指令。 （或者使用一些调整选项，例如 -mtune=atom 用于旧的有序 Atom，即使他们可以使用 add，也会使用 lea。）

如果存在比 add 更灵活的通用整数指令编码，例如 and/xor/sub，gcc -O3 -march=skylake 将已经在其自己的 asm 输出中使用它们，而无需内联 asm。或者，如果替代指令可以完成工作，例如 lea 的 add，就会这样做，因此查看编译器输出以了解它知道哪些技巧是有意义的。自己尝试会更有意义，因为它可以在一个独立的.s 文件中使用，该文件只是进行退出系统调用，或者只是单步执行，从而消除了使用内联汇编的复杂性。 （默认情况下，GAS 不限制指令集。gcc -march=skylake 不会将其传递给汇编器，as。）

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在您的内联汇编中，您的 c 操作数应为仅输出：=r 而不是 +r。旧值被覆盖，因此无需告诉编译器将其生成为输入。 （就像你说的，你想要c = a+b 而不是c += a+b。）

使用单个 lea 作为 asm 模板意味着您不需要 =&r early-clobber 输出，因为您的 asm 将在写入该输出之前读取其所有输入。在您的情况下，将其作为输入/输出可能会阻止编译器选择与输入之一相同的寄存器，这可能与mov; add 发生冲突。