本汇编代码中的“2 + 2”在哪里（由C中的gcc翻译）

Question

我写了这个简单的C代码

int main()
{
    int calc = 2+2;
    return 0;
}

我希望看到它在汇编中看起来如何，所以我使用gcc编译它

$ gcc -S -o asm.s test.c

结果是大约65行（Mac OS X 10.8.3），我发现这些是相关的：

我在哪里可以找到这个代码中的2+2 ？

编辑：

问题的一部分尚未得到解决。

如果%rbp, %rsp, %eax是变量，那么它们在这种情况下会达到什么值？

Answer 1

你得到的几乎所有代码都是无用的堆栈操作。 通过优化（ gcc -S -O2 test.c ），你会得到类似的东西

main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    xorl    %eax, %eax
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:

忽略以点开头或以冒号结尾的每一行：只有两个汇编指令：

    xorl %eax, %eax
    ret

并且它们编码return 0; 。 （将寄存器与其自身进行异或操作将其设置为全位为零。函数返回值按照x86 ABI的寄存器%eax 。）与int calc = 2+2; 被丢弃为未使用的。

如果您将代码更改为

int main(void) { return 2+2; }

你宁愿得到

    movl $4, %eax
    ret

4来自编译器进行加法本身，而不是使生成的程序执行它（这称为常量折叠 ）。

也许更有趣的是，如果您将代码更改为

int main(int argc, char **argv) { return argc + 2; }

然后你得到

    leal    2(%rdi), %eax
    ret

这是在运行时做一些真正的工作！ 在64位ELF ABI中， %rdi保存函数的第一个参数，在这种情况下为argc 。 leal 2(%rdi), %eax是“ %eax = %edi + 2 ”的x86汇编语言，这样做主要是因为更熟悉的add指令只需要两个参数，所以你不能用它来添加2到%rdi并将结果放在一个指令中的%eax中。 （暂时忽略%rdi和%edi之间的差异。）

Answer 2

编译器确定2+2 = 4并将其内联。 常量存储在第10行（ $4 ）。 要验证这一点，请将数学运算更改为2+3 ，您将看到$5

编辑：至于寄存器本身， %rsp是堆栈指针， %rbp是帧指针， %eax是通用寄存器

Answer 3

您的程序没有可观察的行为，这意味着在一般情况下，编译器可能根本不会为它生成任何机器代码，除了一些最小的启动包装指令，旨在确保将零返回到调用环境。 至少将变量声明为volatile 。 或者在评估后打印其值。 或者从main返回。

另请注意，在C语言中， 2 + 2有资格作为整数常量表达式 。 这意味着编译器不仅被允许 ，而且实际上需要 在编译时知道该表达式的结果。 考虑到这一点，当编译时知道最终值时（即使您完全禁用优化），期望编译器在运行时评估2 + 2是很奇怪的。

Answer 4

以下是汇编代码的说明：

pushq    %rbp

这会将帧指针的副本保存在堆栈中。 函数本身不需要这个; 它就在那里，调试器或异常处理程序可以在堆栈上找到帧。

movq     %rsp, %rbp

这通过将帧指针设置为指向当前堆栈顶部来启动新帧。 同样，该功能不需要这个; 保持适当的堆叠是家务。

mov      $4, -12(%rbp)

这里编译器将calc初始化为4.这里发生了几件事。 首先，编译器自己评估2+2并在汇编代码中使用结果4。 算术不在执行程序中执行; 它是在编译器中完成的。 其次， calc已经分配了帧指针下方12个字节的位置。 （这很有趣，因为它也低于堆栈指针。此架构的OS X ABI在堆栈指针下方包含一个允许程序使用的“红色区域”，这是不寻常的。）第三，程序清楚地编译而没有优化。 我们知道，因为优化器会认识到这段代码没有效果并且没用，所以它会删除它。

movl     $0, -8(%rbp)

此代码在编译器预留的位置存储0以准备main的返回值。

movl     -8(%rbp), %eax
movl     %eax, -4(%rbp)

这会将数据从准备返回值的位置复制到临时处理位置。 这比以前的代码更无用，强化了没有使用优化的结论。 这看起来像我期望的负优化级别的代码。

movl     -4(%rbp), %eax

这会将返回值从临时处理位置移动到将其返回给调用者的寄存器。

popq      %rbp

这将恢复帧指针，从而从堆栈中删除先前推送的帧。

ret

这使程序摆脱了痛苦。

Answer 5

编译器对其进行了优化，它预先计算了答案并设置了结果。 如果你想看到编译器执行添加，那么你不能让它“看到”你正在提供的常量

如果您将此代码全部编译为对象（gcc -O2 -c test_add.c -o test_add.o），那么您将强制编译器生成添加代码。 但操作数将是寄存器或堆栈。

int test_add ( int a, int b )
{
   return(a+b);
}

然后，如果你从一个单独的源代码（gcc -O2 -c test.c -o test.o）中调用它，那么你将看到两个操作数被强制进入函数。

extern int test_add ( int, int );
int test ( void )
{
     return(test_add(2,2));
}

你可以反汇编这两个对象（objdump -D test.o，objdump -D test_add.o）

当你在一个文件中做一些简单的事情

int main ( void )
{
     int a,b,c;
     a=2;
     b=2;
     c=a+b;
     return(0);
}

编译器可以将您的代码优化为几个等价物之一。 我的例子在这里没有做任何事，数学和结果都没有用，它们没有被使用，所以它们可以简单地作为死代码被删除。 你的opitmization做到了这一点

int main ( void )
{
     int c;
     c=4;
     return(0);
}

但这也是对上述代码的完全有效的优化

int main ( void )
{
    return(0);
}

编辑：

calc = 2 + 2在哪里？

我相信

movl $4,-12(%rbp)

是2 + 2（答案是计​​算出来的，只是放在堆栈中的calc中。

movl $0,-8(%rbp) 

我假设你的回报是0（0）;

添加两个数字的实际数学已经过优化。

Answer 6

我猜第10行，他因为所有都是常数而得到优化