从地址位置加载 XMM 寄存器

Question

我正在尝试使用 32 位操作系统上的 XMM0 128 位寄存器从 char 指针数组加载/存储内存。

我尝试的很简单：

int main() {
    char *data = new char[33];
    for (int i = 0; i < 32; i++)
        data[i] = 'a';
    data[32] = 0;
    ASM
    {
        movdqu xmm0,[data]
    }

    delete[] data;
}

问题是这似乎不起作用。第一次调试得到的Win32应用程序：

xmm0 = 0024F8380000000000F818E30055F158

第二次调试我得到了：

xmm0 = 0043FD6800000000002C18E3008CF158

所以这行一定有什么东西：

movdqu xmm0,[data]

我尝试改用这个：

movdqu xmm0,data

但我得到了相同的结果。

我认为问题在于我复制了地址而不是地址处的数据。但是xmm0 寄存器中显示的值对于 32 位地址来说太大了，所以它必须从另一个地址复制内存。

我还尝试了一些在互联网上找到的其他说明，但结果相同。

是我传递指针的方式还是我对 xmm 基础知识有误解？

我们将不胜感激。

即使我找到了解决方案（终于在三个小时后），我仍然想要一个解释：

ASM
    {
        push eax
        mov eax,data
        movdqu xmm0,[eax]
        pop eax
    }

为什么要将指针传递给 32 位寄存器？

Answer 1

#include <iostream>

int main()
{
    char *dataptr = new char[33];
    char datalocal[33];
    dataptr[0] = 'a';   dataptr[1] = 0;
    datalocal[0] = 'a'; datalocal[1] = 0;
    printf("%p %p %c\n", dataptr, &dataptr, dataptr[0]);
    printf("%p %p %c\n", datalocal, &datalocal, datalocal[0]);
    delete[] dataptr;
}

输出：

0xd38050 0x7635bd709448 a
0x7635bd709450 0x7635bd709450 a

正如我们所见，动态指针data实际上是一个指针变量（0x7635BD709448处的32位或64位），包含指向堆的指针0xD38050。

局部变量直接是一个 33 个字符长的缓冲区，分配在地址 0x7635BD709450。

但datalocal 也可用作char * 值。

我有点困惑这是什么正式的 C++ 解释。在编写 C++ 代码时，这感觉很自然，并且 dataptr[0] 是堆内存中的第一个元素（即取消引用 dataptr 两次），但在汇编程序中您会看到 dataptr 的真实性质，它是指针的地址多变的。所以你首先要通过mov eax,[data]加载堆指针=用0xD38050加载eax，然后你可以通过[eax]将0xD38050的内容加载到XMM0中。

对于局部变量，没有带有其地址的变量； datalocal 符号已经是第一个元素的地址，所以 movdqu xmm0,[data] 将在那时起作用。

在“错误”的情况下你仍然可以做movdqu xmm0,[data];从 32 位变量加载 128 位不是 CPU 的问题。它只会继续读取 32 位以外的内容并读取属于其他变量/代码的另外 96 位。如果您在内存边界附近并且这是应用程序的最后一个内存页面，它将在无效访问时崩溃。

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在 cmets 中多次提到对齐。这是一个有效的观点；要通过movdqu 访问内存，它应该对齐。检查您的 C++ 编译器内在函数。对于 Visual Studio，这应该可以工作：

__declspec(align(16)) char datalocal[33];
char *dataptr = _aligned_malloc(33, 16);
_aligned_free(dataptr);

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关于我的 C++ 解释：也许我从一开始就搞错了。

dataptr 是 dataptr 符号的值，也就是那个堆地址。然后dataptr[0] 正在解除对堆地址的引用，访问已分配内存的第一个元素。 &dataptr 是 dataptr 值的地址。这也适用于dataptr = nullptr; 之类的语法，您将 nullptr 值存储到 dataptr 变量中，而不是覆盖 dataptr 符号地址。

对于datalocal[]，访问纯datalocal 基本上没有意义，就像在datalocal = 'a'; 中一样，因为它是一个数组变量，所以您应该始终提供[] 索引。而&datalocal就是这样一个数组的地址。纯 datalocal 是一个别名快捷方式，可以更轻松地使用数组等进行点数学运算，还具有 char * 类型，但如果纯 datalocal 会引发语法错误，它仍然可以编写 C++ 代码（使用&datalocal 表示指针，datalocal[..] 表示元素），它完全符合dataptr 逻辑。

结论：您的示例从一开始就错了，因为在汇编语言中[data] 正在加载data 的值，这是指向new 返回的堆的指针。

这是我自己的解释，现在有C++专家会从正式的角度把它撕成碎片……:)))

Answer 2

您的代码的问题是data 是一个指针。汇编代码movdqu xmm0,[data] 将data 地址处的16 个字节加载到寄存器xmm0 中。这意味着 4 或 8 个字节包含指针的值以及内存中随后的任何字节。你很幸运指针地址在内存中正确对齐，否则你会遇到分段错误。没有任何东西可以保证这种对齐。

使用自动数组char data[33]; 的替代方案将解决寻址问题（movqdu 将从数组中加载数据）但不是对齐问题，您仍然可能会遇到冲突，具体取决于编译器如何将数组与自动对齐贮存。同样，不能保证正确对齐。

您找到的解决方案可能是一个不错的方法，但与malloc() 不同，我不确定new 返回的指针是否对任何对齐都有效。

这应该适用于所有情况：

#include <stdlib.h>

int main(void) {
    char *data = malloc(33);
    for (int i = 0; i < 32; i++) {
        data[i] = 'a';
    }
    data[32] = 0;
    __asm {
        mov    eax,  data
        movdqu xmm0, [eax]
    }
    free(data);
    return 0;
}

正如 Peter Cordes 所评论的那样，对这种事情使用内在函数要好得多，即mm_loadu_si128。有两个主要原因：首先，64 位构建不支持内联汇编，因此通过使用内部函数，您的代码变得更加可移植。其次，编译器在优化内联汇编方面做得相对较差，特别是往往会进行大量无意义的内存存储和加载。编译器在优化内在函数方面做得更好，这使您的代码运行得更快（这是使用内联汇编的重点！）。