为什么在 System V AMD64 ABI 中不使用 RAX 来传递参数？

Question

我不明白不在 RAX 中传递参数有什么好处，因为返回值在 RAX 中，无论如何它都会被被调用者破坏。

有人可以解释一下吗？

Answer 1

x86-64 System V确实将 AL 用于可变参数函数：调用者在 XMM 寄存器中传递 FP 参数的数量。

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（这只是一种优化，允许被调用者不将所有向量寄存器转储到数组中；AL 中的数量允许高于 FP 参数的数量。在实践中，gcc 的可变参数函数的代码生成只是检查它是否非零，并转储 xmm0..7 的任何 8 个或全部 8 个。我认为 ABI 保证al=8即使实际上没有任何 FP 参数，它始终可以安全地通过，并且您无法通过设置在堆栈上传递传递 FP args al=0）

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但为什么不使用r9b它，而使用 RAX 作为第 6 个参数呢？或者 RAX 对于一些早期的参数？

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因为 RAX 在 x86 中有很多隐式用途，并且在设计调用约定时进行了实验（http://web.archive.org/web/20140414124645/http://www.x86-64.org/pipermail/discuss/2000- November/001257.html）发现使用 RAX 往往需要调用者或被调用者提供额外的指令。例如，因为在调用者中计算其他参数时通常需要 RAX，或者在代码开始使用 RAX 中传递的参数之前对其他参数之一执行某些操作时需要 RAX。

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RAX 用于rep stos（gcc 过去更积极地使用内联 memset），它用于div和加宽（单操作数）mul/ imul，gcc 用于除以编译时常量。（为什么GCC在实现整数除法时使用乘以奇怪的数字？）。

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大多数其他 RAX 特殊用途只是您也可以使用其他寄存器执行的操作的较短编码，例如cdqevs movsxd rax, eax（或任何其他寄存器之间）。或者add eax,imm32（无 ModRM）与add r/m32, imm32（或大多数其他 ALU 指令）。请参阅我在 \n Tips for Golfing in x86/x64 machine code上的答案之一。最初的 8086 缺乏许多更长的非 AX 替代品，但在 8086 和 386 之间，添加了像imul r32,r32and movsx/这样的东西。movzx其他仅 RAX 的指令在优化速度时不值得使用（例如xlatb、lodsd），或者被 P6 / AMD64 扩展废弃（lahf作为 FP 的一部分，被fucomiSSE/SSE2 废弃并用于ucomisdFP 数学），或者是专用指令likecmpxchg或cpuid太罕见，不会对调用约定设计产生影响。无论如何，编译器并没有使用 BCD 指令aaa，AMD64 删除了它们。

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x86-64 System V 调用约定的设计者（主要是用于整数参数传递寄存器设计的 Jan Hubi\xc4\x8dka）通常旨在避免具有许多/常见隐式用途的寄存器。 在参数传递顺序中rdx位于前面，因为需要可变移位计数（没有 BMI2）。这些可能比和更常见，因为 2 操作数允许正常的非加宽乘法，而不会破坏 RDX:RAX。rcxclmuldivimul reg,reg

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选择rdiandrsi作为前 2 个参数显然是由内联memset或memcpyas驱动的rep movs（gcc 在 2000 年就这样做了，尽管在 gcc 这样做的许多情况下实际上并不是一个好的选择）。尽管rep-string 指令使用 RCX 作为计数器，但它们仍然发现平均保存的指令是在 RDX 而不是 RCX 中传递第三个参数，因此调用约定不太memcpy适合rep stosb/ ret。

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Jan Hubi\xc4\x8dka 通过使用当时版本的 x86-64 gcc 编译 SpecInt 来评估 arg 传递寄存器的多个变体。请参阅我的回答Why does Windows64 use a different call conventions from all other OSes on x86-64? 了解更多详细信息和链接。

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他评估的 arg-register 命令之一是RAX, RDX, RCX, RBX, RSI, RDI，但他发现它不如其他选项好。（请参阅上面链接的邮件列表消息）。

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RISC 调用约定在第一个返回值寄存器中传递第一个参数是相当常见的。ARM 做到了这一点（r0），我认为 PowerPC 也是如此。其他的（如 MIPS）则不然。但所有这些架构都没有隐式使用大多数整数寄存器，通常只是链接寄存器，也可能是堆栈指针。

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x86-64 SysV 和 Windows 对 FP 参数执行此操作：xmm0 用于传递和返回。

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