从函数返回结构时可能存在 GCC 错误

Question

我相信我在实现 O'Neill 的 PCG PRNG 时在 GCC 中发现了一个错误。（Godbolt 编译器资源管理器上的初始代码）

相乘后oldstate通过MULTIPLIER，（存储在RDI结果），GCC不该结果添加到INCREMENT，movabs'ingINCREMENT到RDX代替，然后把它用作rand32_ret.state的返回值

最小可重现示例（编译器资源管理器）：

#include <stdint.h>

struct retstruct {
    uint32_t a;
    uint64_t b;
};

struct retstruct fn(uint64_t input)
{
    struct retstruct ret;

    ret.a = 0;
    ret.b = input * 11111111111 + 111111111111;

    return ret;
}

生成的程序集（GCC 9.2、x86_64、-O3）：

fn:
  movabs rdx, 11111111111     # multiplier constant (doesn't fit in imm32)
  xor eax, eax                # ret.a = 0
  imul rdi, rdx
  movabs rdx, 111111111111    # add constant; one more 1 than multiplier
     # missing   add rdx, rdi   # ret.b=... that we get with clang or older gcc
  ret
# returns RDX:RAX = constant 111111111111 : 0
# independent of input RDI, and not using the imul result it just computed

有趣的是，修改结构以将 uint64_t 作为第一个成员产生正确的代码，将两个成员更改为 uint64_t 也是如此

x86-64 System V 确实在 RDX:RAX 中返回小于 16 字节的结构，当它们可以简单地复制时。在这种情况下，第二构件是在RDX因为RAX的上半部是用于对准填充或.b当.a是较窄的类型。（sizeof(retstruct)无论哪种方式都是 16；我们没有使用，__attribute__((packed))所以它尊重 alignof(uint64_t) = 8。）

这段代码是否包含任何允许 GCC 发出“不正确”程序集的未定义行为？

如果没有，这应该在https://gcc.gnu.org/bugzilla/ 上报告

Answer 1

我在这里没有看到任何 UB；您的类型是未签名的，因此签名溢出 UB 是不可能的，并且没有什么奇怪的。（即使签名，它也必须为不会导致溢出 UB 的输入产生正确的输出，例如rdi=1）。它也被 GCC 的 C++ 前端破坏了。

此外，GCC8.2为 AArch64 和 RISC-V 正确编译它（用于构造常量madd后的指令movk，或 RISC-V mul 并在加载常量后添加）。如果 GCC 找到的是 UB，我们通常希望它找到它并破坏其他 ISA 的代码，至少那些具有相似类型宽度和寄存器宽度的代码。

Clang 也能正确编译它。

这似乎是从 GCC 5 到 6 的回归；GCC5.4 编译正确，6.1 及更高版本则不正确。（天马行空）。

您可以使用问题中的 MCVE在GCC 的 bugzilla上报告此问题。

它看起来真的像是 x86-64 System V 结构返回处理中的一个错误，可能是包含填充的结构。 这将解释为什么它在内联时起作用，以及在扩展a到 uint64_t（避免填充）时起作用。

Answer 2

这已在trunk/ 上修复master。

这是相关的提交。

这是解决问题的补丁。

根据补丁中的注释，该reload_combine_recognize_pattern函数试图调整USE insns。

Answer 3

这段代码是否包含任何允许 GCC 发出“不正确”程序集的未定义行为？

问题中提供的代码的行为根据 C99 和更高版本的 C 语言标准进行了很好的定义。特别是，C 允许函数不受限制地返回结构值。