Question

我有以下内容：

foo:
   movl $0, %eax                      //result = 0
   cmpq %rsi, %rdi                    // rdi = x, rsi = y?
   jle .L2

.L3:
   addq %rdi, %rax                    //result = result + i?
   subq $1, %rdi                      //decrement?
   cmp %rdi, rsi
   jl .L3

.L2
   rep
   ret

我正在尝试将其翻译为：

long foo(long x, long y)
{
    long i, result = 0;
    for (i=     ;               ;         ){

      //??

   }

 return result;
}

我不知道cmpq％rsi，％rdi是什么意思。为什么我长时间没有另一个＆eax了？

在解决这个问题上，我很乐意提供帮助。我不知道自己想念的是什么-我一直在浏览笔记，教科书和互联网的其余部分，但我陷入了困境。这是一个评论问题，我已经讨论了几个小时。

Answer 1

假设这是一个带有2个参数的函数。假设这使用的是gcc amd64调用约定，它将在rdi和rsi中传递两个参数。在C函数中，您将它们称为x和y。

long foo(long x /*rdi*/, long y /*rsi*/)
{
    //movl $0, %eax
    long result = 0;  /* rax */

    //cmpq %rsi, %rdi
    //jle .L2
    if (x > y) {
        do {
            //addq %rdi, %rax
            result += x;

            //subq $1, %rdi
            --x;

            //cmp %rdi, rsi
            //jl .L3            
        } while (x > y);
    }

    return result;
}

Answer 2

我不知道cmpq %rsi, %rdi是什么意思

这是cmp rdi, rsi的AT＆T语法。 https://www.felixcloutier.com/x86/CMP.html

您可以在ISA手册中查找单个指令的详细信息。

更重要的是，像cmp / jcc这样的cmp %rsi,%rdi / jl就像jump if rdi<rsi。 Assembly - JG/JNLE/JL/JNGE after CMP。如果您详细了解cmp设置标志的方式以及每个jcc条件检查使用的标志的详细信息，则可以验证它是正确的，但是使用起来很多 JL的语义含义=跳过小于（假设标志由cmp设置）以记住它们的作用。

（由于AT＆T语法而相反； jcc谓词对Intel语法具有正确的语义含义。这是我通常偏爱Intel语法的主要原因之一，但是您可以习惯于AT＆T语法。）< / p>

通过使用rdi和rsi作为输入（在写入前不带/读取它们），它们就是arg传递寄存器。这就是x86-64 System V调用约定，其中整数args在RDI，RSI，RDX，RCX，R8，R9中传递，然后在堆栈中传递。（What are the calling conventions for UNIX & Linux system calls on i386 and x86-64涵盖了函数调用以及系统调用）。另一个主要的x86-64调用约定是Windows x64，它将传递RCX和RDX中的前两个参数（如果它们都是整数类型）。

是的，x = RDI，y = RSI。是的，结果= RAX。（写入EAX会零扩展到RAX）。

从代码结构（不将每个C变量存储/重新加载到语句之间的内存中）中，它在启用了一定程度的优化的情况下进行了编译，因此 for()循环变为带条件的普通asm循环底部的分支。 Why are loops always compiled into "do...while" style (tail jump)? （@ BrianWalker的回答显示，asm循环已音译回C，没有尝试将其转换回惯用的for循环。）

从循环之前的cmp / jcc中可以看出，编译器无法证明循环运行的迭代次数为非零。因此，无论for()循环条件是什么，第一次都可能是错误的。（对于带符号的整数，这并不奇怪。）

由于我们没有看到i 使用单独的寄存器，所以可以得出结论，优化已将i的另一个var寄存器重新使用 。像for(i=x;一样，然后在函数的其余部分未使用x的原始值的情况下，这是“死的”，编译器可以将RDI用作i，破坏原始值值x。

我猜想是i=x而不是y，因为RDI是在循环内修改的arg寄存器。我们希望C源代码在循环内修改i和result，并且大概不会修改它的输入变量x和y。先做i=y然后再做x--之类的事情是没有道理的，尽管那是另一种有效的反编译方式。

cmp %rdi, %rsi / jl .L3表示要（重新）进入循环的循环条件是rsi-rdi < 0（有符号）或i<y。 < / p>

循环之前的cmp / jcc 正在检查相反的情况；请注意，操作数是相反的，并且正在检查jle，即jng。因此，这确实是相同的循环条件从循环中剥离并以不同的方式实现。因此，它与C源代码（具有一个条件的普通for()循环）兼容。

sub $1, %rdi显然是i--或--i 。我们可以在for()内部或循环主体的底部进行操作。最简单，最惯用的说法是在for(;;)语句的第三部分。

addq %rdi, %rax显然将i添加到result中。我们已经知道此功能中的RDI和RAX。

将各个部分放在一起，我们得出：

long foo(long x, long y)
{
    long i, result = 0;
    for (i= x    ;    i>y    ;    i-- ){
        result += i;
    }

    return result;
}

哪个编译器编写了此代码？

在.L3:标签名称中，这看起来像是gcc的输出。（以某种方式损坏了，请从:中删除.L2，更重要的是，在一个cmp中从%中删除%rsi。请确保将代码复制/粘贴到SO问题中为了避免这种情况。）

因此，使用正确的gcc版本/选项可能可以为某些C输入完全获取该asm。可能是gcc -O1，因为movl $0, %eax排除了-O2及更高版本（GCC将寻找xor %eax,%eax窥孔优化以有效地将寄存器归零）。但这不是-O0，因为那样会将循环计数器存储/重新加载到内存中。 -Og（为调试进行了优化）喜欢对循环条件使用jmp而不是单独的cmp/jcc来跳过循环。对于只反编译为相同功能的C，这种详细程度基本上无关紧要。

rep ret是gcc的另一个标志；由于AMD K8 / K10分支预测，gcc7和更早的版本在tune=generic的默认ret输出中使用了此参数，该输出作为分支目标或从jcc跌落而到达。 What does `rep ret` mean?

gcc8及更高版本仍将与-mtune=k8或-mtune=barcelona一起使用。但是我们可以排除掉，因为该调整选项将使用dec %rdi而不是subq $1, %rdi。（对于寄存器操作数，只有少数现代CPU的inc/dec保留CF不变，而没有任何问题。INC instruction vs ADD 1: Does it matter?）

gcc4.8，随后将rep ret放在同一行上。 gcc4.7和更早版本按照您所显示的进行打印，并在前一行加上rep前缀。

gcc4.7和更高版本喜欢将初始分支放在之前mov $0, %eax，这看起来像是缺少的优化。这意味着他们需要函数之外的单独return 0路径，其中包含另一个mov $0, %eax。

对于上面显示的来源，

gcc4.6.4 -O1精确地再现了您的输出，on the Godbolt compiler explorer

# compiled with gcc4.6.4 -O1 -fverbose-asm
foo:
        movl    $0, %eax        #, result
        cmpq    %rsi, %rdi      # y, x
        jle     .L2       #,
.L3:
        addq    %rdi, %rax      # i, result
        subq    $1, %rdi        #, i
        cmpq    %rdi, %rsi      # i, y
        jl      .L3 #,
.L2:
        rep
        ret

使用i=y的其他版本也是如此。当然，我们可以添加许多可以优化的东西，例如i=y+1，然后具有x>--i这样的循环条件。（签名溢出是C语言中未定义的行为，因此编译器可以假定它没有发生。）

// also the same asm output, using i=y but modifying x in the loop.
long foo2(long x, long y) {
  long i, result = 0;
  for (i= y    ;    x>i    ;    x-- ){
      result += x;
   }
   return result;
}

在实践中，我实际上扭转了这种情况：

我将C模板复制/粘贴到Godbolt（https://godbolt.org/）中。我马上就可以看到（从mov $0而不是xor-零，以及从标签名开始），看起来像是gcc -O1的输出，因此我放入了该命令行选项并选择了一个老式的像gcc6一样的gcc版本。（事实证明，这个asm实际上是来自更老的gcc）。
我尝试了基于cmp / jcc和x<y的初步猜测，例如i++和i++（在我实际上认真阅读过其余所有asm之前），因为for循环经常使用result += x。琐碎的死循环asm输出向我表明，显然是错误的：P
我猜想i = x，但是在选择i--但使用i的版本转错了方向之后，我意识到i令人分心，起初通过根本不使用x--来简化。我刚使用result += x时就将其反转，因为显然RDI = x。（我非常了解x86-64 System V的调用约定，可以立即看到它。）
在查看了循环主体之后，从x--和add指令中可以清楚地看到sub和cmp/jl。
something < something显然是一个x<y循环条件，涉及2个输入变量。
我不确定是y<x还是jne，并且较新的gcc版本使用x > y作为循环条件。我认为在这一点上，我作弊并查看了Brian的答案以确认它确实是x--，而不是花一分钟时间来研究实际的逻辑。 但是一旦我发现它是x>y，只有x才有意义。如果完全进入循环，则另一个直到绕回才成立，但是有符号溢出是C中未定义的行为。
然后我查看了一些较旧的gcc版本，看是否有使asm更像问题中的内容的东西。
然后我返回并在循环内将i替换为{{1}}。

如果这看起来像是偶然的事情，那是因为这个循环是如此之小，以至于我不希望发现它会遇到任何麻烦，而我对寻找准确复制它的source + gcc版本更感兴趣，而不是完全将其反转的原始问题。

（我并不是说初学者应该这么容易，我只是在记录我的思考过程，以防万一有人好奇。）

如何将优化的x86-64 asm循环转换回C for循环？

2 个答案:

哪个编译器编写了此代码？

在实践中，我实际上扭转了这种情况：