Why does issuing empty asm commands swap variables?

Question

So I was messing around with inline assembly and compiled this using GCC 9. The result was that the two variables a and b were swapped without actually issuing any direct commands.

#include<cstdio>
int main(){
    int a(1),b(2),c(3);
    asm ("": "=r"(c):"r"(a));
    asm ("": "=r"(a):"r"(b));
    asm ("": "=r"(b):"r"(c));
    printf("%d %d %d", a,b,c);
}

Can somebody explain what is going on here?

Answer 1

变量分配基本上是随机的。（或者实际上是GCC内部机械的首选）。

您使用了仅输出的"=r"asm操作数，但随后您的asm模板实际上并未写入该寄存器，因此您将获得GCC选择的寄存器中包含的任何值。

这与使用未初始化变量的C未定义行为非常相似。

要查看发生了什么，请将asm注释放在展开的asm模板中，%0并%1在该模板内的asm注释内。这不会对GCC进行寄存器分配产生任何影响：它不在乎模板是否使用它隐式或显式选择的寄存器。您需要编写一个有用的模板并将其与操作数约束匹配。

在Godbolt编译器资源管理器上使用gcc9.2 -O3 -fverbose-asm编写代码：

.intel_syntax noprefix
.LC0:
        .string "%d %d %d"
main:
        sub     rsp, 8    #,
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0     #,
        xor     eax, eax  #
        mov     ecx, 1    # tmp87,
        mov     esi, 2    # tmp89,
        nop  #ecx ecx   # c, tmp87
        nop  #esi esi   # a, tmp89
        nop  #edx ecx   # b, c
        call    printf  #
        xor     eax, eax  #
        add     rsp, 8    #,
        ret     

（我没有在asm上发表裸露的注释，而是在NOP指令上添加了注释，
asm ("nop #%0 %1": "=r"(c):"r"(a)); 这样编译器-浏览器过滤不会删除它们。asm模板是纯文本替换，然后再提供给汇编器，因此，这仍然与GCC完全等效使用相同的选项编译了原始源代码。）

在前两种情况下，gcc决定选择与输入相同的寄存器作为输出，因此它们恰好像分配一样工作。

在第3种情况下，该值c已经在寄存器中，并且将3任何位置都优化了，因为"=r"(c)在读取之前会覆盖该值。

也许您在禁用优化的情况下进行编译？您也可以这样做，然后跟踪发生的事情。（也许GCC eax每次都会选择输入和输出）。我通常不介意查看反优化的-O0asm，因为它充满了存储/重新加载的噪音。