Question

请考虑以下代码：

    int bn_div(bn_t *bn1, bn_t *bn2, bn_t *bnr)
  {
    uint32 q, m;        /* Division Result */
    uint32 i;           /* Loop Counter */
    uint32 j;           /* Loop Counter */

    /* Check Input */
    if (bn1 == NULL) return(EFAULT);
    if (bn1->dat == NULL) return(EFAULT);
    if (bn2 == NULL) return(EFAULT);
    if (bn2->dat == NULL) return(EFAULT);
    if (bnr == NULL) return(EFAULT);
    if (bnr->dat == NULL) return(EFAULT);


    #if defined(__i386__) || defined(__amd64__)
    __asm__ (".intel_syntax noprefix");
    __asm__ ("pushl %eax");
    __asm__ ("pushl %edx");
    __asm__ ("pushf");
    __asm__ ("movl %eax, (bn1->dat[i])");
    __asm__ ("xorl %edx, %edx");
    __asm__ ("divl (bn2->dat[j])");
    __asm__ ("movl (q), %eax");
    __asm__ ("movl (m), %edx");
    __asm__ ("popf");
    __asm__ ("popl %edx");
    __asm__ ("popl %eax");
    #else
    q = bn->dat[i] / bn->dat[j];
    m = bn->dat[i] % bn->dat[j];
    #endif
    /* Return */
    return(0);
  }

数据类型uint32基本上是无符号long int或uint32_t无符号32位整数。 bnint类型是unsigned short int（uint16_t）或uint32_t，具体取决于64位数据类型是否可用。如果64位可用，则bnint是uint32，否则它是uint16。这样做是为了捕获代码的其他部分中的进位/溢出。结构bn_t定义如下：

typedef struct bn_data_t bn_t;
struct bn_data_t
  {
    uint32 sz1;         /* Bit Size */
    uint32 sz8;         /* Byte Size */
    uint32 szw;         /* Word Count */
    bnint *dat;         /* Data Array */
    uint32 flags;       /* Operational Flags */
  };

该函数在我的源代码中的第300行开始。因此，当我尝试编译/制作它时，我会收到以下错误：

system:/home/user/c/m3/bn 1036 $$$ ->make
clang -I. -I/home/user/c/m3/bn/.. -I/home/user/c/m3/bn/../include  -std=c99 -pedantic -Wall -Wextra -Wshadow -Wpointer-arith -Wcast-align -Wstrict-prototypes  -Wmissing-prototypes -Wnested-externs -Wwrite-strings -Wfloat-equal  -Winline -Wunknown-pragmas -Wundef -Wendif-labels  -c /home/user/c/m3/bn/bn.c
/home/user/c/m3/bn/bn.c:302:12: warning: unused variable 'q' [-Wunused-variable]
    uint32 q, m;        /* Division Result */
           ^
/home/user/c/m3/bn/bn.c:302:15: warning: unused variable 'm' [-Wunused-variable]
    uint32 q, m;        /* Division Result */
              ^
/home/user/c/m3/bn/bn.c:303:12: warning: unused variable 'i' [-Wunused-variable]
    uint32 i;           /* Loop Counter */
           ^
/home/user/c/m3/bn/bn.c:304:12: warning: unused variable 'j' [-Wunused-variable]
    uint32 j;           /* Loop Counter */
           ^
/home/user/c/m3/bn/bn.c:320:14: error: unknown token in expression
    __asm__ ("movl %eax, (bn1->dat[i])");
             ^
<inline asm>:1:18: note: instantiated into assembly here
        movl %eax, (bn1->dat[i])
                        ^
/home/user/c/m3/bn/bn.c:322:14: error: unknown token in expression
    __asm__ ("divl (bn2->dat[j])");
             ^
<inline asm>:1:12: note: instantiated into assembly here
        divl (bn2->dat[j])
                  ^
4 warnings and 2 errors generated.
*** [bn.o] Error code 1

Stop in /home/user/c/m3/bn.
system:/home/user/c/m3/bn 1037 $$$ ->

我所知道的：

我认为自己非常精通x86汇编程序（从我上面编写的代码中可以看出）。然而，我最后一次混合使用高级语言和汇编程序时大约15 - 20年前使用Borland Pascal为游戏编写图形驱动程序（Windows 95之前的版本）。我熟悉英特尔语法。

我不知道的事情：

如何从asm访问bn_t（尤其是* dat）的成员？由于* dat是指向uint32的指针，因此我将元素作为数组访问（例如.bn1-＆gt; dat [i]）。

如何访问堆栈中声明的局部变量？

我正在使用push / pop将clobbered寄存器恢复到之前的值，以免扰乱编译器。但是，我是否还需要在局部变量上包含volatile关键字？

或者，有没有更好的方式我不知道？我不想把它放在一个单独的函数调用中，因为调用开销因为这个函数是性能关键的。

其他

现在，我刚刚开始编写这个函数，所以它不是完整的。缺少循环和其他此类支持/粘合代码。但是，主要要点是访问局部变量/结构元素。

编辑1：

我使用的语法似乎是clang支持的唯一语法。我尝试了下面的代码，clang给了我各种错误：

__asm__ ("pushl %%eax",
    "pushl %%edx",
    "pushf",
    "movl (bn1->dat[i]), %%eax",
    "xorl %%edx, %%edx",
    "divl ($0x0c + bn2 + j)",
    "movl %%eax, (q)",
    "movl %%edx, (m)",
    "popf",
    "popl %%edx",
    "popl %%eax"
    );

它希望我在第一行放置一个右括号，替换逗号。我切换到使用%%而不是％，因为我在某处读取内联汇编需要%%来表示CPU寄存器，而clang告诉我我使用的是无效的转义序列。

Answer 1

如果您只需要32b / 32b =＆gt; 32位除法，让编译器使用div 的两个输出，gcc，clang和icc都可以正常运行，正如您在Godbolt compiler explorer上看到的那样：

uint32_t q = bn1->dat[i] / bn2->dat[j];
uint32_t m = bn1->dat[i] % bn2->dat[j];

编译器非常擅长将CSE合并为一个div。只要确保你没有将除法结果存储在gcc无法证明的地方，不会影响其余部分的输入。

e.g。 *m = dat[i] / dat[j]可能会重叠（别名）dat[i]或dat[j]，因此gcc必须重新加载操作数并为div操作重做%。有关坏/好的例子，请参阅godbolt链接。

对于32位/ 32位= 32位div使用内联asm并没有获得任何东西，实际上使用clang会产生更糟糕的代码（参见godbolt链接）。

如果你需要64位/ 32位= 32位，你可能需要asm，如果它没有内置的编译器。（GNU C没有，AFAICT）。 C中的显而易见的方法（将操作数转换为uint64_t）会生成对64位/ 64位= 64位libgcc函数的调用，该函数具有分支和多个div指令。 gcc不擅长证明结果适合32位，因此单个div指令不会导致#DE。

对于许多其他说明，您可以避免使用builtin functions for things like popcount编写内联时间批次。使用-mpopcnt，它将编译为popcnt指令（并说明Intel CPU具有的输出操作数的错误依赖性。）如果没有，则编译为libgcc函数调用。

总是更喜欢使用内置函数或纯C编译为优秀的asm，因此编译器知道代码的作用。当内联在编译时使一些参数已知时，纯C可以是optimized away or simplified，但使用内联asm的代码只会将常量加载到寄存器中并在运行时执行div。内联asm也会在相同数据的类似计算之间击败CSE，当然也不能自动矢量化。

以正确的方式使用GNU C语法

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html解释了如何告诉汇编器在寄存器中需要哪些变量，以及输出是什么。

You can use Intel/MASM-like syntax and mnemonics, and non-% register names if you like，最好是使用-masm=intel进行编译。 AT＆amp; T语法错误（fsub and fsubr mnemonics are reversed）可能仍然存在于intel-syntax模式中;我忘了。

大多数使用GNU C inline asm的软件项目仅使用AT＆amp; T语法。

有关更多GNU C内联asm信息和the bottom of this answer标记wiki，请参阅x86。

asm语句需要一个字符串arg和3组约束。使其成为多行的最简单方法是使每个asm行成为以\n结尾的单独字符串，并让编译器隐式连接它们。

此外，您告诉编译器您需要哪些寄存器。然后，如果变量已经在寄存器中，则编译器不必溢出它们并让您加载和存储它们。这样做会让自己陷入困境。在评论中链接的tutorial Brett Hale希望涵盖所有这些。

使用GNU C inline asm

的div的正确示例

您可以在godbolt上看到编译器asm输出。

uint32_t q, m;  // this is unsigned int on every compiler that supports x86 inline asm with this syntax, but not when writing portable code.

asm ("divl %[bn2dat_j]\n"
      : "=a" (q), "=d" (m) // results are in eax, edx registers
      : "d" (0),           // zero edx for us, please
        "a" (bn1->dat[i]), // "a" means EAX / RAX
        [bn2dat_j] "mr" (bn2->dat[j]) // register or memory, compiler chooses which is more efficient
      : // no register clobbers, and we don't read/write "memory" other than operands
    );

"divl %4"也可以工作，但是当您添加更多输入/输出约束时，命名输入/输出不会更改名称。

如何从内联asm访问C结构/变量？

1 个答案:

以正确的方式使用GNU C语法

使用GNU C inline asm