编译器设计中的内联汇编

Question

我正在为自己的类 C 语言（x86-64）制作自己的编译器。但是我很困惑如何编译另一种语言的片段，即 x86-64 程序集，例如：

int main() {
   __asm {
       mov rcx, rsp
       call func
   }
}

一旦遇到 __asm，它必须以某种方式将标记更改为程序集标记，例如，如果我在 __asm 块之外有一个名为 rcx 的变量怎么办？将其合并到类 C 编译器设计中的好方法是什么？你将如何标记它并以一种将它与类 C 代码分开的方式解析它？__asm 块将首先在解析器级别上被识别，但是如果不对其进行标记化就无法达到该级别......

Answer 1

一种选择是做现代 MSVC 所做的事情，并为每条指令提供内在函数，包括像invlpg. （因为 MSVC 不支持 32 位 x86 以外的目标的内联 asm）。这就是 MS 仍然能够使用它来开发 Windows 内核的方式。

但是，如果您没有在您关心的所有目标 ISA 中掌握未来的指令集扩展，那将不会很好地工作。

我真的建议使用GNU C 的扩展内联 asm 语法，其中操作数约束向编译器描述 asm 模板字符串。编译器本身并没有去了解它的一切，刚刚替补串到它像printf寻找%conversion。（请参阅“asm”、“__asm”和“__asm__”之间的区别是什么？）

被访问的 C var 名称是使用不依赖于 asm 语法的固定语法指定的。此外，asm""在 C 语法级别作为字符串文字位于 a内，因此像 ARM 这样的东西push {r4, lr}对块作用域解析不可见。请参阅https://stackoverflow.com/tags/inline-assembly/info以获取更多关于 GNU C 内联 asm 工作原理的文档/指南。还要注意，它的模板/操作数约束语法（几乎？）与 GCC 在其机器定义文件中内部使用的语法相同，这些文件教导编译器针对不同目标的可用指令。

这将问题推给了程序员编写所有 clobber 声明以告诉编译器关于call任意函数的 a 可以修改的每个寄存器，假设它遵循标准调用约定。

这也使您可以编写诸如asm("blsi %1, %0" : "=r"(dst) : "r"(src) )编译器选择实际使用哪些寄存器之类的东西。（仅输出寄存器操作数，仅输入寄存器操作数）。这让编译器尽可能高效地围绕黑盒（asm 语句）进行寄存器分配。它可以为输入和输出选择相同的寄存器，或者不方便，因为源没有使用“早期破坏”（"=&r"），因此它可以假设在写入任何输出之前读取所有输入。

它非常适合包装单条指令，但可用于包装多条指令和访问指向内存，例如通过"memory"clobber。

您展示的 MSVC 样式语法必须解析块以检测损坏的寄存器，并提及 var 名称。那要困难得多。

现代 clang 确实支持asm{}带有命令行选项的块，但它很难有效地使用（就像在 MSVC 中一样）；它们不能用寄存器代替变量名，因此输入/输出必须通过内存反弹。

MSVC 不支持 32 位 x86 以外的目标的 asm 块，可能是因为它们用于处理 asm{} 的编译器内部结构如此混乱，以至于对于具有寄存器 args 的函数来说是不安全的。这使得它无法用于现代调用约定。这不是语法问题，只是编译器技术债务问题。

但是在将数据输入/输出asm{}块时不可避免的低效率是语法/设计问题。不要犯与 MSVC 相同的错误。 或者，如果您确实只想让用户提及 var 名称，请在文档中明确说明它们可以被寄存器或内存替换，如果您认为可以使其在优化后端中工作，则将该选项保持打开状态。