有没有办法在编译时使用 gcc 中的内联 asm 评估表达式？答案

【问题标题】：Is there a way to use expressions evaluated at compile-time with inline asm in gcc?有没有办法在编译时使用 gcc 中的内联 asm 评估表达式？
【发布时间】：2010-09-23 06:21:56
【问题描述】：

我有一些代码基本上需要在汇编语句中使用一个小表达式，其中表达式像 i*4 一样微不足道，但 GCC 在编译时似乎没有意识到这一点（尝试没有 -O 标志，和-O3)。对于第三种用法，“i”和“n”约束在以下 sn-p 中均不起作用。

#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>

#define SHIFT(h, l, c) __asm__ volatile ( \
    "shld %2, %1, %0\n\t" \
    "sal %2, %1\n\t" \
    : "+r"(h), "+r"(l) : "i"(c))

void main(void) {
  uint64_t a, b;
  SHIFT(a, b, 1); /* 1 */
  SHIFT(a, b, 2*4); /* 2 */
  size_t i;
  for(i=0; i<24; i++) {
    SHIFT(a, b, (i*4)); /* 3 */
  }
}

给出这个错误：

temp.c:15: warning: asm operand 2 probably doesn’t match constraints
temp.c:15: error: impossible constraint in ‘asm’

我也试过

"shld $" #c ", %1...

但这有其自身的问题，因为字符串化时括号仍然存在。我的意图是整个循环展开，但 -funroll-all-loops 似乎在过程中发生得不够早，导致 i*4 成为常数。有任何想法吗？替代方案非常丑陋，但如果有一种方法可以在宏中自动执行此操作，那总比没有好：

SHIFT(a, b, 1);
SHIFT(a, b, 2);
...
SHIFT(a, b, 24);

【问题讨论】：

标签： gcc assembly compiler-errors inline-assembly

【解决方案1】：

是否有任何具体原因将 asm 块标记为 volatile？几乎不可能在 volatile 存在时进行任何优化。

【讨论】：

我这样做是为了防止它被优化掉，因为在示例中没有使用返回值。我尝试删除 volatile、添加初始值和最后的 printf，但结果相同（在不可能的约束上编译错误）。我的印象是阅读gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html 仍然可以移动易失性 asm，您是否有描述它阻碍的优化（除了删除未使用的代码）的链接？
好的，那么问题可能与以下主题有关：stackoverflow.com/questions/1478513/…

【解决方案2】：

不知道为什么要向左移动 23*4=92，但是...

可能会有。您可以使用 __builtin_constant_p() 和 __builtin_choose_expr() 来选择要编译的表达式；像

__builtin_choose_expr(__builtin_constant_p(c), SHIFT(h, l, c), slower_code_here);

如果它选择了slower_code_here，那么它“不能”确定c 是常数。如果它抱怨“不可能的约束”，那么它知道它是恒定的，但由于某种原因无法将它变成立即数。

有时它的想法是不变的，这令人惊讶；前几天我在玩，它抱怨__builtin_choose_expr(sizeof(char[__builtin_choose_expr(..., 1, -1)]),...)之类的东西。

（我假设 %2,%1,%0 的顺序是故意的；我原以为是 %0,%1,%2 但文档含糊不清，我永远记不起正在使用哪种 asm 语法.)

【讨论】：

【解决方案3】：

您假设编译器将展开您的循环并每次替换 i * 4 的值......这有点假设。 * 4 看起来您想要某种寻址修改，为什么不传入 i 并编写指令来执行您的 * 4？仔细查看 GCC 处理的约束，并确保您的指令确实采用了您的约束可能引发的所有组合。

【讨论】：

【解决方案4】：

您的“丑陋”方式可以使用 Boost 预处理器 库（实际上是一组 cpp 宏，也是 Boost 中唯一可以与普通 C 一起使用的部分）来实现： p>

#include <boost/preprocessor/repetition/repeat.hpp>

#define SHIFT_a(z, CNT, b) __asm__ volatile ( \
    "shld %2, %1, %0\n\t" \
    "sal %2, %1\n\t" \
    : "+r"(a), "+r"(b)
    : "i"(CNT * 4)
    : "cc");

void main(void) {
    uint64_t a, b;

// whatever ...

    BOOST_PP_REPEAT_FROM_TO(1, 25, SHIFT_a, b)
}

其中的“丑陋”位是 BOOST_PP_REPEAT* 可以“迭代”的宏仅限于一个用户提供的参数，因此您必须“嵌入”a 或 b在本例中输入实际的宏名称。也许这可以通过另一个间接级别来解决（将 SHIFT(a) 转换为 SHIFT_a ？）。没试过。

【讨论】：

【解决方案5】：

我怀疑您是否仍然对这个问题的反馈感兴趣，但由于您从未接受任何其他答案...

OP 代码存在一些问题，但经过一些清理，您会得到：

#include <stdint.h>

#define SHIFT(h, l, c) __asm__ volatile ( \
    "shld %b2, %1, %0\n\t" \
    "sal %b2, %1\n\t" \
    : "+r"(h), "+r"(l) : "Jc"(c))

int main(void) {
  uint64_t a, b;
  a = b = 0;
  SHIFT(a, b, 1); /* 1 */
  SHIFT(a, b, 2*4); /* 2 */
  size_t i;
  for(i=0; i<16; i++) {
    SHIFT(a, b, (i*4)); /* 3 */
  }
}

最显着的变化是：

使用“Jc”作为 (c) 的约束。这允许 gcc 在可能的情况下使用立即数，但在必要时回退到 rcx（即该值不适合“J”或该值在编译时未知）。
使用 %b2 而不仅仅是 %2。这给了我们 cl 而不是这些指令所需要的 rcx。
将循环大小更改为 16。sal 和 shld 仅允许在 x64 上进行 0-63 的移位（在 x86 上为 0-31）。

用-O2 -m64 -funroll-all-loops -S编译，我们看到：

/APP
 # 12 "shl.cpp" 1
        shld $1, %rdx, %rax
        sal $1, %rdx

 # 0 "" 2
 # 13 "shl.cpp" 1
        shld $8, %rdx, %rax
        sal $8, %rdx

 # 0 "" 2
 # 16 "shl.cpp" 1
        shld $0, %rdx, %rax
        sal $0, %rdx

 # 0 "" 2
 # 16 "shl.cpp" 1
        shld $4, %rdx, %rax
        sal $4, %rdx
...

 # 0 "" 2
 # 16 "shl.cpp" 1
        shld $60, %rdx, %rax
        sal $60, %rdx

 # 0 "" 2
/NO_APP

有趣的是，如果你使用 i*6 而不是 i*4，你会看到 gcc 使用立即数直到 60，然后开始使用 cl。

多田！

【讨论】：