使用条件标志作为GNU C内联汇编输出

Question

我正在处理一些代码，其中将条件标志从内联汇编块中输出并将其用作在调用C代码中进行分支的条件非常理想。我不想存储标志（这将是无用且低效的；已经有更有效的方法来实现结果），而是直接使用标志。是否有任何方法可以使用GNU C内联汇编约束来实现此目的？我对适用于多个指令集体系结构的方法感兴趣，旨在将其与体系结构的LL / SC样式原子产生的条件标志一起使用。当然，另一个明显的用例（与我所做的分开）将允许外部C代码根据内联汇编中操作的进位标志进行分支。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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如果现在对你没有帮助，你可能会发现这次讨论有趣。并且让我再为内嵌函数做一个广告。虽然似乎内联汇编提供了很好的解决方案，但是你内联代码周围的代码可能会付出性能惩罚，这比你从汇编获得的任何好处都要花费更高昂。仅此而已。 - David Wohlferd

内建函数确实有其优点，但关键在于细节。在某些目标平台上，它们会生成非常糟糕的代码。在 ARM 上，它们会产生 dmb sy 屏障（与总线上的所有外部硬件同步），而不是期望的 dmb ish（仅与 CPU 核心同步）。在其他一些平台上，它们会生成库调用而不是内联代码，或者在使用旧的 -march 时生成与某些较新的目标不兼容的代码，而不是允许我们需要针对这些目标运行时分支多个变体。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

现代编译器非常擅长将内联汇编和 C 代码整合在一起，只要约束条件写得好。目前，我将整个 lls/sc 序列放在一个 asm 块中，这需要针对每个目标的原子操作分别编写汇编语言。如果我能够重构为“ll”和“sc”部分分别放在不同的 asm 块中，并在它们之间使用 C 代码进行操作，那么我就可以获得相同的效率，而不会有任何针对特定目标的重复；所有 ll/sc 类型的目标都可以使用相同的 C 代码，只有 ll 和 sc 部分不同。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 1

从GCC6开始，在x86平台上，你实际上可以使用"=@ccCOND"作为输出（其中COND是任何有效的x86条件码）。

示例最初来自此处，经过David的建议进行了清理：

int variable_test_bit(long n, volatile const unsigned long *addr)
{
    int oldbit;
    asm volatile("bt %[value],%[bit]"
                 : "=@ccc" (oldbit)
                 : [value] "m" (*addr), [bit] "Jr" (n));
    return oldbit;
}

在使用此功能之前，您应该测试是否定义了__GCC_ASM_FLAG_OUTPUTS__。

文档请参考https://gcc.gnu.org。

- chtz

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我不确定在这里使用I是否正确。在某些平台上，长整型可以是64位，而I仅适用于值0..31。我也不清楚为什么我们需要去除const和volatile。它是一个输入参数，所以const不应该是问题。它是一个m，所以volatile是隐含的。我还可能会添加符号名称（[bit]和[value]）。这不影响功能，但对于我们习惯英特尔格式的人来说可能更清晰。 - David Wohlferd

@DavidWohlferd 我承认我没有成功让gcc在将oldbit与其他两个整数相加时生成一个adc指令... - chtz

我不会期望它执行adc。无论如何，那不是OP的要求。他想要跳转。你的代码做到了（https://godbolt.org/g/gA2qgL）。 - David Wohlferd

如果您只想允许0..63，您应该在寄存器中请求*addr。 bt的内存操作形式要慢得多，特别是使用寄存器源（Haswell上的10个uops与reg，reg相比为1）。 此外，寄存器源将允许访问除操作数告诉gcc的qword之外的内存，因此您确实需要类似于此的内容：[value]“m”（*（const unsigned long (*) []）addr）告诉gcc它可能会访问相对于addr的任何位置。 - Peter Cordes

简而言之，带有内存操作数的bt*指令具有疯狂的CISC位串语义：http://felixcloutier.com/x86/BT.html，并且对于寄存器源，这是通过微码处理的。最好让编译器将其加载到寄存器中。 - Peter Cordes

Answer 2

我有一个部分解决方案，但我不是很喜欢它，因为它需要将分支指令放在asm中，并且需要一个非常丑陋的GCC特性，其他“GNU C兼容”的编译器可能不支持：asm goto。然而，它确实允许消除asm外部的分支。思路是：

static inline int foo(...)
{
    __asm__ goto ( " .... ; cond_jmp %l[ret0]" : : "r"(...) ... 
                   : "clobbers" : ret0 );
    return 1;
ret0:
    return 0;
}

当嵌入到调用者中并执行if (foo(...)) ... else ...时，汇编块中的条件跳转指向else分支，即使在抽象机器级别上涉及返回值。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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Linux内核在多个地方使用这种结构，而且显然当你使用if( foo(...) ) {} else {}时，它确实会进行优化。编译器实际上从未将1或0放入寄存器中，只是将asm goto用作if分支。但是，你强制选择哪一侧是执行的，哪一侧是跳过的。可能gcc6条件代码输出至少会进行同样的优化，除非你的代码具有早期退出条件（因此条件分支不是你的汇编语句中的最后一条指令）。在这种情况下，这仍然很有用，+1。 - Peter Cordes

Answer 3

很遗憾，GCC不支持在asm语句之外访问条件标志。如果您不想设置值，则必须将条件分支移动到asm语句中。这意味着要么使用您已经发现的asm goto labels，要么也将分支目标带入您的asm语句。

您还可以检查一下GCC的旧式__sync atomic builtins或较新的memory model based atomics是否提供了您所使用的原子指令所需的功能。

- Ross Ridge