Question

考虑这个添加常数的简单函数：

unsigned char f(unsigned char x) {
    return x + 5;
}

这将生成以下程序集（在gcc 4.7.2上使用-O3）：

leal    5(%rdi), %eax
ret

既然无符号溢出在C中是明确定义的行为，人们会认为添加模运算本质上应该是一个nop：

unsigned char f(unsigned char x) {
    return (x + 5) % 256; // assume char is 8-bits, which is typical
}

但是生成的程序集有一个额外的指令：

leal    5(%rdi), %eax
movzbl  %al, %eax
ret

有人可以告诉我为什么会这样吗？虽然我对装配不是很熟悉。

（注意：这只是我用来理解GCC如何优化代码的玩具问题。）

Answer 1

对于“为什么生成的代码不同”的确切答案，您可能需要一位熟悉此gcc编译器详细信息的工程师。您可能希望通过以下几个示例进行更多实验：

unsigned char f1(unsigned char x) { return x + 5; }
unsigned char f2(unsigned char x) { return (x + 5) % 256; }
unsigned char f3(unsigned char x) { return (x + 5) % 256U; }
unsigned char f4(unsigned char x) { return (x + 5) & 0xFFU; }

gcc版本4.1.2适用于64位系统，我得到所有这些函数的相同代码，64位为32位代码。其中实际上包括movzbl。这可能是gcc编译f1中的错误（可能在来电方面得到纠正）。它实际上取决于调用约定：64位寄存器中的8位值是否应为零/符号扩展。我在2005年6月14日的 System V应用程序二进制接口，AMD64架构处理器补充的0.96版草案中找不到这个结论。gcc编译器4.1.2似乎采用了“更安全而不是抱歉”的理念，因为movzbl也出现在来电方面。根据我的经验，通常需要将这些值设置为零/符号扩展，除非有人对寄存器的某些部分进行操作，这是非常不寻常的。

有趣的是，我的家庭编译器gcc版本4.3.2在确实通过和操作实现f2方面确实有所不同。所有其他人只需添加5，强烈建议呼叫者有责任执行零/符号扩展，这确实如此。但这是32位代码。

如果我在任何架构规范中找到超大寄存器中值/零/符号扩展的确定答案，那么我会告诉您。我碰巧也需要专业地了解这一点。

为你的gcc编译器辩护。您正在寻找小啤酒优化。普通代码不包含这样的模数，如果编译器下面的编译器将这种特殊模数减少到和，那就太好了。如果是%256（vs %256U），则需要进行一些值范围分析，以确定和是否足够，因为模数是在'signed'算术中完成的。很明显，我的编译器确实在某些时候得出结论和就足够了，但显然已经太晚了，无法确定它是否被结果输入所包含，而在其他情况下它确定了。这就是我们编译工程师所说的“相序问题”。

更新寄存器中值的零/符号扩展名。

我现在已经放弃了这个任务，并且必须继续与一些同事继续，因为如果参数/函数结果预计为零/符号扩展，我还没有找到确凿的陈述。

我确实在上述ABI规范中找到了与此相关的内容。

布尔值存储在内存对象中时，存储为单字节对象，其值始终为0（假）或1（真）。当存储在整数寄存器中或作为参数传递到堆栈时，寄存器的所有8个字节都是重要的;任何非零值都被视为真。

所以布尔类型必须为零扩展。

对于可能调用使用varargs或stdargs的函数的调用（无原型调用或对声明中包含省略号（...）的函数的调用）%al（注释14）用作隐藏参数来指定使用的SSE寄存器的数量。 %al的内容不需要与寄存器的数量完全匹配，但必须是所使用的SSE寄存器数量的上限，并且在0-8的范围内。

注意14：请注意，%rax的其余部分未定义，仅定义了%al的内容。

因此，%al的这种特殊用法无需扩展。

考虑到布尔值必须为零扩展，可以得出结论，ABI的精神是其他子词类型也应该被扩展。采取更正式的立场可以说，没有任何陈述应该被解释为不需要零/符号扩展。总而言之，并不令人满意。

在寄存器中值的零/符号扩展时更新2.

我和一位同事讨论了这个问题。 2012版0.99的ABI的最新版本已经完全根据布尔值的参数传递进行了更改，因为这些只是零扩展到8位。这表明这已被修改为与传递其他子词类型一致，因为所有不零/符号扩展。 AMD64架构还支持64位寄存器中一半的子字寄存器，并可对这些子字寄存器进行操作。这可能是不以零/符号扩展方式传递参数的动机。

模数运算没有通过gcc优化？

1 个答案: