如何在 GCC 的内联汇编中指定特定的寄存器来分配 C 表达式的结果？

Question

我想使用 GCC 将 C 表达式的结果存储到 RISC-V 程序中的寄存器a0中（为了下面的示例，假设存在volatile int val = 42或类似值）。 在显式调用mv指令时，我可以使用内联汇编来完成此操作：

asm ("mv a0, %0\n\t" :: "r" ((val == 0) ? 1 : val) : "a0");

但是，如果结果已经在正确的寄存器“中”计算出来，则移动将是不必要的。 如文档中所述，我使用register变量尝试了各种事情，但失败了。 例如，以下内容被完全优化掉：

register volatile int res asm("a0") = (val == 0) ? 1 : val;

与“空” asm 语句相同：

register int res asm("a0") = (val == 0) ? 1 : val;
asm volatile ( "" /* just store */ : "=r" (res) );

有一个更好的方法吗？ 我忽略了什么吗？

Answer 1

你很接近，但是"=r"(res)告诉编译器res的旧值已经死了，所以它没有在任何地方实现它。

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register... asm("regname")局部变量仅在用作扩展asm语句的操作数时才能保证执行任何操作。 如果asm语句本身是asm volatile ，则即使其输入未使用，也无法对其进行优化。 （不要让register... asm变量volatile ；那没用。）

因此，要强制编译器在a0中具体化您的表达式结果（例如，对于由于某种原因您想要部分破坏优化的微基准测试，否则https://gcc.gnu.org/wiki/DontUseInlineAsm ）：

   register int res asm("a0") = (val == 0) ? 1 : val;
 // then read that reg var, forcing the compiler to actually materialize it
   asm volatile("# just a comment, input picked %0" : : "r"(res));

这可移植到支持 GNU C 内联汇编的其他编译器，包括 clang。

Godbolt 上的演示（我调整了 asm 模板以在注释前使用 nop，因此编译器 - 资源管理器注释过滤器不会删除它。空模板字符串不会改变任何东西；那只是为了确认编译器“知道“它将res放入哪个寄存器。）

void foo(int dummy, int val) {
    register int res asm("a3") = (val == 0) ? 1 : val;
    asm volatile("nop # just a comment, input picked %0" : : "r"(res));
}

我选择了a3和一个void function 以确保 GCC 没有理由偶然选择该寄存器，甚至根本没有实现res ； 我不退货。

# RISC-V gcc 10.2  -O3
foo:
        mv      a3,a1
        bne     a1,zero,.L2
        li      a3,1
.L2:
        nop # just a comment, input picked a3
  # if we had returned res, we'd have   mv  a0,a3   here 
        ret

请注意，此asm语句没有 output 操作数和破坏器，因此编译器知道它对任何寄存器或 memory 没有影响。

如果我使用了"=r"(res) ，那将告诉编译器res的原始值已死，因此在 asm 语句执行并生成新值之前，无需在该寄存器中实现它成为。 就像你写res = rand(); 或者其他什么，如果没有人读取它，甚至不需要计算res的先前值。

"+r"(res)将告诉编译器 asm 指令读取该寄存器，然后在那里写入一个新值。 例如，您可以使用它对优化器隐藏一个常量，因此编译器必须假定在此之后使用res是一个完全未知的运行时变量，即使您使用了register int res asm("a0") = 1;

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弄错了，没有asm()

int bar(int dummy, int val) {
    register int res asm("a3") = (val == 0) ? 1 : val;
    return res;
}

使用a0 ，恰好“工作”只是因为 a0 是返回值寄存器，并且我们正在返回res （以阻止它优化）。

bar:                   # same computation, but without using a3
        mv      a0,a1
        bne     a1,zero,.L5
        li      a0,1
.L5:
        ret

如果我不return res ，它将完全优化未使用变量的计算。 volatile register int res asm("a3")无法改变这一点。