如何編寫一個簡短的內聯gnu擴展程序集塊來交換兩個整數變量的值？

Question

為了娛樂，我正在學習針對32位Linux目標使用針對x86的AT＆T語法的gnu擴展程序集。 我剛剛花了最后三個小時來編寫兩個可能的解決方案，以應對交換兩個整數變量a和b的值的挑戰，但是我的解決方案都不能完全解決我的問題。 首先，讓我們更詳細地了解我的TODO障礙：

int main()
{
    int a = 2, b = 1;
    printf("a is %d, b is %d\n", a, b);
    // TODO: swap a and b using extended assembly, and do not modify the program in any other way
    printf("a is %d, b is %d\n", a, b);
}

閱讀此HOWTO之后 ，我編寫了以下內聯擴展匯編代碼。 這是我第一次嘗試交換整數：

asm volatile("movl %0, %%eax;"
    "movl %1, %%ecx;"
    "movl %%ecx, %0;"
  : "=r" (a)
  : "r" (b)
  : "%eax", "%ecx");

asm volatile("movl %%eax, %0;"
  : "=r" (b)
  : "r" (a)
  : "%eax", "%ecx");

我的理由是要設置a = b，我需要一個與程序集分離的擴展程序集調用，以設置b = a。 因此，我編寫了兩個擴展程序集調用，編譯了我的代碼，即gcc -m32 asmPractice.c，並運行了a.out。 結果如下：

a是2，b是1

a是1，b是1

看到這不能正常工作后，我決定合並兩個擴展的匯編程序調用，並寫成這樣：

asm volatile("movl %0, %%eax;"
    "movl %1, %%ecx;"
    "movl %%ecx, %0;"
    "movl %%eax, %1;"
  : "=r" (a)
  : "r" (b));

重新編譯和鏈接后，我的代碼仍然無法正確交換兩個值。 你自己看。 這是我的結果：

a是2，b是1

a是1，b是1

Answer 1

以下是評論中的一些解決方案：

解決方案＃0（最佳選擇）： https : //gcc.gnu.org/wiki/DontUseInlineAsm
甚至零指令的解決方案也無法克服常數傳播，以及涉及gcc知道任何有關值的任何其他優化。 這也迫使編譯器此時將兩個變量同時保存在寄存器中。 在考慮使用inline-asm而不是buildins / intrinsics時，請始終牢記這些缺點。

解決方案＃1：x86 xchg ，沒有臨時寄存器，並且可以在AT＆T和Intel語法模式下使用。 成本與大多數Intel CPU上的3 mov指令相同，而在某些AMD上的成本僅為2 uops。

asm("xchg %0, %1;" : "+r" (a), "+r" (b));

解決方案2：僅使用GNU C內聯asm約束。 （獎金：可移植到所有架構）

asm("" : "=r" (a), "=r" (b) : "1" (a), "0" (b));

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查看在Godbolt編譯器資源管理器上運行的所有三種解決方案，包括擊敗優化的示例：

int swap_constraints(int a, int b) {
    asm("" : "=r" (a), "=r" (b) : "1" (a), "0" (b));
    return a;
}

// Demonstrate the optimization-defeating behaviour:
int swap_constraints_constants(void) {
  int a = 10, b = 20;
  return swap_constraints(a, b) + 15;
}

swap_constraints_constants:
    movl    $10, %edx
    movl    $20, %eax
    addl    $15, %eax
    ret

與純C交換：

swap_noasm_constants:
    movl    $35, %eax    # the add is done at compile-time, and `a` is optimized away as unused.
    ret