如何编写内联汇编来进行位旋转

Question

我正在阅读gcc 关于扩展 ASM 的指南，但遇到了一个问题，即编译器没有按照我想象的方式解释程序集。 我想我会尝试使用一些旋转指令，因为这些指令在 C 中并不容易获得。

这是我的 C 函数：

int rotate_right(int num,int count) {
    asm (
        "rcr %[value],%[count]"
        : [value] "=r" (num)
        : [count] "r" (count)
        );

    return num;
}

并使用 x86-64 gcc (trunk) -O0 编译输出：

        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-8]
        rcr eax,eax
        mov     DWORD PTR [rbp-4], eax
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        pop     rbp
        ret

我遇到的问题是 GCC 将我的内联程序集表示为“通过EAX而不是我想要的count参数旋转EAX 。这是我期望得到的：

        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-8]
        mov     ecx, DWORD PTR [rbp-4]
        rcr     eax,ecx
        pop     rbp
        ret

Answer 1

首先，让我按照标题中的说明解决您的问题。

static inline int ror(int num, int count) {
  __asm__ ("ror\t%0, %b1" : "+r"(num) : "c"(count));
  return num;
}

ror(int, int):
        mov     eax, edi
        mov     ecx, esi
        ror     eax, cl
        ret

这就是你的做法，不要忘记-masm=intel 。 我将在下面解释一些细节，但基本上，您必须仔细阅读 GCC 文档。

---

引用OP，

我真的发现 gcc 的内联 asm 语法比 Visual Studio 的差很多。 就好像 GCC 试图阻止用户使用汇编......

更糟糕的是从某种意义上说需要更多的时间来学习，但是在你了解了细节之后，它是各种底层编程和优化的强大工具。

我在实际程序中使用内联汇编的一种情况是使用rcpss指令。 它有一个 Intel 内在函数，但是当前版本的 GCC (12.1) 在您将其用于单个float时会产生非常糟糕的代码。

static inline float float_recip(float x) {
  if (__builtin_constant_p(x)) {
    return 1 / x;
  }
  __asm__ ("rcpss\t%0, %0" : "+x"(x));
  return x;
}

这是实际的代码。 当x的值在编译时已知时， __builtin_constant_p使得常量替换成为可能。 我故意将两个操作数相同以避免错误的依赖问题。

查看在某处调用程序集时如何生成程序集。

float f(float x) {
  return float_recip(x) + float_recip(2);
}

f(float):
        rcpss   xmm0, xmm0
        addss   xmm0, DWORD PTR .LC0[rip]
        ret
.LC0:
        .long   1056964608

您可以看到float_recip(2)被替换为0.5f常量，并且所有不必要的副本都消失了。

你不能用 MSVC 内联汇编来做到这一点，除了它甚至不支持 64 位。

Answer 2

对num使用+r约束，指示将读取num而不仅仅是写入。 否则 gcc 将假定之前的num值无关紧要，只是选择一个未使用的寄存器来转储输出。

您还必须对count使用c约束，因为ror指令的移位量必须在cl中。 有关更详细的说明，请参阅其他答案。

在进行任何内联汇编编程之前，请仔细阅读手册！ 做对有点棘手，有很多微妙的细节需要注意。

另请注意，即使内联汇编似乎工作正常，也可能是不正确的，例如，由于缺少 clobber，恰好在此特定版本的特定优化级别不会影响与此特定编译器版本相关的任何内容代码。 所以要格外小心，并尽可能避免使用它。

例如，在您的情况下，您可以只使用标准的 C 旋转习语。 只要启用了优化，编译器就会选择它：

#include <limits.h>

int rotate_right(int num,int count) {
    return ((unsigned)num >> count | num << CHAR_BIT * sizeof num - count);
}