如何防止 gcc 优化破坏 rep movsb 代码？

Question

我试图用rep movsb指令创建我的 memcpy 代码。当优化被禁用时，它适用于任何尺寸。但是，当我启用优化时，它没有按预期工作。

问题

1. 如何防止 gcc 优化破坏 rep movsb 代码？
2. 我的代码有问题所以导致未定义的行为吗？

创建我自己的 memcpy 的动机：

我从Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual section 3.7.6 中阅读了有关 memcpy 的增强 movsb 。我来到了 libc 源代码，我看到 libc 的默认 memcpy 使用 SSE 而不是movsb.

因此，我想比较memcpy 的SSE 指令和rep movsb之间的性能。但是现在，我发现它有些不对劲。

重现问题的简单代码（test.c）

#include <stdio.h>
#include <string.h>

inline static void *my_memcpy(
  register void *dest,
  register const void *src,
  register size_t n
) {
  __asm__ volatile(
    "mov %0, %%rdi;"
    "mov %1, %%rsi;"
    "mov %2, %%rcx;"
    "rep movsb;"
    :
    : "r"(dest), "r"(src), "r"(n)
    : "rdi", "rsi", "rcx"
  );
  return dest;
}

#define to_boolean_str(A) ((A) ? "true" : "false")

int main()
{
  char src[32];
  char dst[32];

  memset(src, 'a', 32);
  memset(dst, 'b', 32);

  my_memcpy(dst, src, 1);
  printf("%s\n", to_boolean_str(!memcmp(dst, src, 1)));

  my_memcpy(dst, src, 2);
  printf("%s\n", to_boolean_str(!memcmp(dst, src, 2)));

  my_memcpy(dst, src, 3);
  printf("%s\n", to_boolean_str(!memcmp(dst, src, 3)));

  return 0;
}

编译并运行

ammarfaizi2@integral:~$ gcc --version
gcc (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2) 9.3.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O0 test.c -o test && ./test
true
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O1 test.c -o test && ./test
false
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O2 test.c -o test && ./test
false
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O3 test.c -o test && ./test
false
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ 

概括

my_memcpy(dst, src, 1); 如果启用优化，则会导致错误的行为。

Answer 1

正如所写的那样，您的 asm 约束并不反映 asm 语句可以修改内存，因此编译器可以根据在dest或处读取或写入内存的操作自由地对其重新排序src。您需要添加"memory"到 clobber 列表中。

正如其他人所指出的，您还应该编辑约束以避免mov. 如果这样做，您还需要在约束中表示 asm 现在修改其参数的事实（例如，使它们全部为双输入/输出）并备份 的值，dest以便您可以返回它。所以你可以跳过这个改进，直到你让它开始工作，直到你了解约束是如何工作的。