如何用扩展的gcc程序集指定x87 FPU堆栈的破坏底部？

Question

在我们的代码库中,我发现这个代码片段用于在x87上进行快速,向负无限¹舍入:

inline int my_int(double x)
{
  int r;
#ifdef _GCC_
  asm ("fldl %1\n"
       "fistpl %0\n"
       :"=m"(r)
       :"m"(x));
#else
  // ...
#endif
  return r;
}

我不是非常熟悉GCC扩展汇编语法,但是从我从文档中收集到的内容:

• r 必须是一个记忆位置,我在写回东西;
• x 必须是一个内存位置,数据来自哪里.
• 没有clobber规范,因此编译器可以放心,在代码片段的末尾,寄存器就像他离开时一样.

现在,来回答我的问题:最终FPU堆栈是平衡的,但是如果所有8个位置都已经在使用并且我已经溢出呢？编译器如何知道它不能信任ST(7)它离开它的位置？应该添加一些clobber吗？

编辑我试图st(7)在clobber列表中指定它似乎影响codegen,现在我将等待对此事实的一些确认.

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作为旁注:看看lrintglibc和MinGW 中的准系统的实现,我看到了类似的东西

__asm__ __volatile__ ("fistpl %0"
                      : "=m" (retval)
                      : "t" (x)
                      : "st");

我们要求输入直接放在哪里ST(0)(避免这种情况无用fldl); 什么是"st"clobber？文档似乎只提到t(即堆栈的顶部).

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1. 是的,它取决于当前的舍入模式,在我们的应用程序中应该总是"朝向负无穷大".

Answer 1

查看lrintglibc 和 MinGW 中准系统的实现，我看到类似

__asm__ __volatile__ ("fistpl %0"
                     : "=m" (retval)
                     : "t" (x)
                     : "st");

我们要求将输入直接放置在ST(0)其中（这避免了可能无用的情况fldl）

这实际上是将您想要的代码表示为内联汇编的正确方法。

为了生成尽可能最佳的代码，您需要利用输入和输出。与其硬编码必要的加载/存储指令，不如让编译器生成它们。这不仅引入了消除潜在不必要指令的可能性，还意味着编译器可以在需要时更好地调度这些指令（也就是说，它可以在先前的代码序列中交错指令，通常会最小化其成本）。

那个"st"破坏者是什么？文档似乎只提到t（即堆栈的顶部）。

所述"st"撞指st(0)寄存器，即，所述的x87 FPU堆栈的顶部。Intel/MASM 符号所称的st(0)，AT&T/GAS 符号通常简称为st. 而且，根据 GCC 的clobbers文档，clobbers列表中的项目是“寄存器名称或特殊 clobbers”（"cc"（条件代码/标志）和"memory"）。所以这只是意味着内联汇编破坏（覆盖）st(0)寄存器。之所以需要这个破坏器，是因为该fistpl指令弹出栈顶，从而破坏了 的原始内容st(0)。

关于此代码，我唯一担心的是文档中的以下段落：

Clobber 描述不得以任何方式与输入或输出操作数重叠。例如，当在 clobber 列表中列出该寄存器时，您可能没有描述具有一个成员的寄存器类的操作数。声明存在于特定寄存器中的变量（请参阅显式寄存器变量）并用作 asm 输入或输出操作数必须在 clobber 描述中没有提到的部分。特别是，没有办法指定输入操作数被修改而不将它们指定为输出操作数。

当编译器选择使用哪些寄存器来表示输入和输出操作数时，它不会使用任何被破坏的寄存器。因此，损坏的寄存器可用于汇编代码中的任何用途。

如您所知，t 约束意味着 x87 FPU 堆栈的顶部。问题是，这与st寄存器相同，并且文档非常清楚地说明我们不能有一个将相同寄存器指定为输入/输出操作数之一的clobber。此外，由于文档规定编译器被禁止使用任何被破坏的寄存器来表示输入/输出操作数，所以这个内联汇编提出了一个不可能的请求——在 x87 FPU 堆栈的顶部加载这个值而不把它放进去st！

现在，我假设 glibc 的作者知道他们在做什么，并且比你我更熟悉编译器的内联汇编实现，所以这段代码可能是合法的。

实际上，x87 的类似堆栈的寄存器的异常情况似乎迫使clobber 和操作数之间的正常交互出现异常。在官方文件说：

在 x86 目标上，在 asm 的操作数中使用类似堆栈的寄存器有几条规则。这些规则仅适用于类似堆栈的寄存器的操作数：

1. 给定一组在 asm 中失效的输入寄存器，有必要知道哪些是由 asm 隐式弹出的，哪些必须由 GCC 显式弹出。

   由 asm 隐式弹出的输入寄存器必须被显式破坏，除非它被约束为匹配输出操作数。

这完全符合我们的情况。

官方文档（链接部分底部）中出现的示例提供了进一步确认：

这个 asm 接受两个输入，由fyl2xp1操作码弹出，并用一个输出替换它们。st(1)编译器需要使用clobber 才能知道fyl2xp1弹出两个输入。

asm ("fyl2xp1" : "=t" (result) : "0" (x), "u" (y) : "st(1)");

在这里，clobberst(1)与 input constraint 相同u，这似乎违反了上面引用的关于 clobbers 的文档，但使用和证明的原因与"st"原始代码中用作 clobber 的原因完全相同，因为fistpl弹出输入。

说了这么多，既然您知道如何正确地用内联汇编编写代码，我必须回应以前的评论者，他们建议最好的解决方案是根本不使用内联汇编。只需调用lrint，它不仅具有您想要的确切语义，而且在某些情况下还可以由编译器更好地优化（例如，cvtsd2si当目标体系结构支持 SSE 时将其转换为单个指令）。