Блог

Если у меня есть какая-то нестроевая функция, и компилятор C знает, что эта функция изменяет некоторые регистры, тогда компилятор сохранит все необходимые регистры перед выполнением вызова функции.

По крайней мере, я ожидаю, что компилятор сделает это (сохранение), насколько он знает, какие регистры будут изменены внутри вызываемой функции.

Теперь представьте, что моя функция изменяет ВСЕ возможные регистры процессора (общего назначения, SIMD, FPU и т.д.). Как я могу заставить компилятор сохранить все, что ему нужно, перед выполнением любого ВЫЗОВА этой функции? Напомним, что моя функция не является встроенной, т. Е. Вызывается через инструкцию ВЫЗОВА.

Конечно, с помощью asm я могу поместить все возможные регистры в стек при запуске моей функции и вернуть все регистры обратно перед возвратом функции.

Хотя я могу сохранить ВСЕ возможные регистры, я бы предпочел, чтобы компилятор сохранял только необходимые регистры, которые использовались вызывающей функцией, по соображениям производительности (скорости) и использования памяти.

Поскольку внутри моей функции я заранее не знаю, кто будет ее использовать, поэтому я должен сохранить все возможные регистры. Но в том месте, где использовалась моя функция, компилятор точно знает, какие регистры используются в вызывающей функции, следовательно, это может сэкономить гораздо меньше необходимых регистров, потому что наверняка будут использоваться не все регистры.

Поэтому я хочу пометить свою функцию как «изменение всех регистров», чтобы компилятор C отправлял в стек только те регистры, которые ему нужны, перед вызовом моей функции.

Есть ли какой-либо способ сделать это? Любой атрибут GCC / CLang / MSVC функции? Или, может быть, перечисление всех регистров в разделе clobber asm инструкции?

Главное, что я не хочу сам сохранять регистры внутри этой функции (по какой-то конкретной причине), вместо этого я хочу, чтобы все вызывающие сохраняли все необходимые регистры перед вызовом моей функции, но я хочу, чтобы все вызывающие пользователи знали, что моя функция изменяет все, что возможно.

Я ищу какой-то воображаемый атрибут modifies-all, например:

 __attribute__((modifies_all_registers)) void f();
 

Я провел следующий эксперимент:

Попробуйте онлайн!

 __attribute__((noinline)) int modify(int i) {
    asm volatile(
        ""
        : " m" (i) ::
        "rax", "rbx", "rcx", "rdx", "rsi", "rdi", "rbp", "rsp",
        "r8", "r9", "r10", "r11", "r12", "r13", "r14", "r15",
        "xmm0", "xmm1", "xmm2", "xmm3", "xmm4", "xmm5", "xmm6", "xmm7",
        "xmm8", "xmm9", "xmm10", "xmm11", "xmm12", "xmm13", "xmm14", "xmm15",
        "ymm0", "ymm1", "ymm2", "ymm3", "ymm4", "ymm5", "ymm6","ymm7",
        "ymm8", "ymm9", "ymm10", "ymm11", "ymm12", "ymm13", "ymm14", "ymm15",
        "zmm0", "zmm1", "zmm2", "zmm3", "zmm4", "zmm5", "zmm6", "zmm7",
        "zmm8", "zmm9", "zmm10", "zmm11", "zmm12", "zmm13", "zmm14", "zmm15"
    );
    return i   1;
}

int main(int argc, char ** argv) {
    auto volatile x = modify(argc);
}
 

другими словами, я заблокировал почти все возможные регистры, и компилятор сгенерировал следующую push-последовательность внутри modify() (а также ту же pop-последовательность в конце):

         push    rbp
        mov     rbp, rsp
        push    r15
        push    r14
        push    r13
        push    r12
        push    rbx
 

больше ничего не было выдвинуто, поэтому я вижу, что каким-то образом компилятор (CLang) не заботился о других регистрах, кроме rbx, rbp, r12-r15 . Означает ли это, что существует какое-то соглашение о вызовах C , в котором говорится, что я могу изменять любые другие регистры, кроме этих нескольких, без их восстановления при возврате функции?

Означает ли это, что существует какое-то соглашение о вызовах C , в котором говорится, что я могу изменять любые другие регистры, кроме этих нескольких, без их восстановления при возврате функции?

ДА. Среди прочего, спецификация ABI, используемая на данной платформе, определяет соглашения о вызовах функций. Соглашения о вызовах определяют набор регистров, которые могут быть заблокированы функцией, и набор регистров, которые должны быть сохранены функцией. Если регистры первого набора содержат полезные данные для вызывающего, ожидается, что вызывающий сохранит эти данные перед вызовом. Если в вызываемой функции должны использоваться регистры из последнего набора, функция должна сохранить и восстановить эти регистры перед возвратом.

Существуют также соглашения относительно того, какие регистры, в каком порядке используются для передачи аргументов функции и получения возвращаемого значения. Вы можете считать эти регистры заблокированными, поскольку вызывающий должен инициализировать их значениями параметров (и, таким образом, сохранить любые полезные данные, которые были в этих регистрах до вызова), и вызываемому абоненту разрешено их изменять.

В вашем случае оператор asm помечает все регистры как заблокированные, и компилятор сохраняет и восстанавливает только те регистры, которые требуется сохранить при вызове функции. Обратите внимание, что по умолчанию вызывающий объект всегда сохраняет регистры из набора clobber перед вызовом функции, независимо от того, были ли они фактически изменены функцией или нет. В некоторых случаях оптимизатор может удалить сохранение регистров, которые фактически не были изменены — например, если вызов функции встроен или компилятор способен анализировать тело функции (например, в случае LTO). Однако, если тело функции неизвестно во время компиляции, компилятор должен предположить худшее и придерживаться спецификации ABI.

Итак, в общем, вам не нужно отмечать функцию каким-либо особым образом — правила ABI уже работают таким образом, что регистры сохраняются и восстанавливаются по мере необходимости. И, как вы сами видели, даже с помощью инструкций asm компиляторы могут определить, какие регистры используются в функции. Если вы по какой-то причине все еще хотите сохранить определенные или все регистры, ваш единственный вариант — писать на ассемблере. Или, в случае, если вы реализуете какое-то переключение контекста, используйте специализированные инструкции, такие как XSAVE / XRSTOR или API, подобные ucontext .