C 表達式中的彙編指令
asm 為 gcc 中的關鍵字，asm 表達式為在 C代碼中嵌套彙編指令，該表達式只是單純的替換出彙編代碼，並不對彙編代碼的含義進行解析。
asm 表達式有兩種形式，第二種 asm-qualifiers 包含了 goto 語句。
第一種形式為常見的用法，AssemblerTemplate 和 OutputOperands 必須存在, 其中 Clobbers 存在需要 InputOperands 也出現。
asm asm-qualifiers ( AssemblerTemplate
: OutputOperands
[ : InputOperands
[ : Clobbers ] ])
asm asm-qualifiers ( AssemblerTemplate
:
: InputOperands
: Clobbers
: GotoLabels)Qualifiers 的類型
- volatile, 避免編譯器的優化
- inline, 內斂限定符，最小的體積
- goto, 包含跳轉指令
參數
- AssemblerTemplate
- 彙編指令模板是包含彙編器指令的文字字符串，編輯器替換引用輸入，編譯器不會解析該指令的含義。 - OutputOperands
- 由 AssemblerTemplate 中的指令修改的C變量的逗號分隔列表，允許使用空列表。 - InputOperands
- 由 AssemblerTemplate 中的指令讀取的C變量的逗號分隔列表，允許使用空列表。 - Clobbers
- 用逗號分隔的寄存器列表或由 AssemblerTemplate 修改的值，不能出現在 OutputOperands 和 InputOperands 中被提及，允許使用空列表。 - GotoLabels
- 當使用asm的goto形式時，此部分包含 AssemblerTemplate 中的代碼可能跳轉到的所有C標籤的列表。
AssemblerTemplate
彙編指令由一個字符串給出，多條彙編指令結合在一起使用的時候，中間以 \r\t 隔開，如
asm("inc %0\n\tinc %0" : "=r"(res) : "0"(res));
/APP
# 11 "asm.c" 1
inc %rax
inc %rax
# 0 "" 2
/NO_APPs需要轉義的字符：%, =, {, }, |
故在ATT彙編中，對寄存器進行操作的需要雙 %%, 如 inc %%rax.
OutputOperands
操作數之間用逗號分隔。 每個操作數具有以下格式：
[ [asmSymbolicName] ] constraint (cvariablename)- asmSymbolicName
- 為操作數指定名稱，格式為%[name]
c // res = num asm("movq %[num], %[res]" : [res] "=r"(res) : [num] "m"(num));
- 如果未指定名稱使用数字, 從 output 域開始，第一個參數為 %0, 一次類推, 這裏的 res 為 %0, num 為 %1
c // res = num asm("movq %1, %0" : "=r"(res) : "m"(num)); - constraint
- 一個字符串常量，用於指定對操作數的存儲的 , 需要以 "=" 或 "+" 開頭 - cvariablename
- 指定一個C左值表達式來保存輸出，通常是一個變量名。 括號是語法的必需部分
第一個參數為增加可讀性使用的，現在我們有代碼如下
int64_t res;
int64_t num = 1;
asm("movq %[num], %[res]" : [res] "=r"(res) : [num] "m"(num));
asm("movq %1, %0" : "=r"(res) : "m"(num));
asm("movq %1, %0" : "=m"(res) : "m"(num));
asm("movq %1, %0" : "=r"(res) : "r"(num));
// 對應的彙編代碼, 只保留asm表達式中的代碼
# 13 "asm.c" 1
movq -16(%rbp), %rax // asm-1
# 0 "" 2
/NO_APP
/APP
# 15 "asm.c" 1
movq -16(%rbp), %rax // asm-2
# 0 "" 2
/NO_APP
/APP
# 17 "asm.c" 1
movq -16(%rbp), -8(%rbp) // asm-3
# 0 "" 2
/NO_APP
/APP
# 19 "asm.c" 1
movq %rax, %rax // asm-4
# 0 "" 2
/NO_APP- 使用名稱替換和数字替換效果一樣，見 asm-1 和 asm-2
- 約束的用法，這裏使用比較簡單通用的的兩種情況，
r為通過寄存器尋址操作，m通過內存尋址操作，所以看到當約束了r就對應寄存器的操作。 - 結果保存在 res 也就是 cvariablename 中
InputOperands
輸入操作數使C變量和表達式中的值可用於彙編代碼。
[ [asmSymbolicName] ] constraint (cexpression)- asmSymbolicName 和輸出列表的用法完全一致
- constraint 約束不能使用
=和+. 可以使用 "0", 這表明在輸出約束列表中（從零開始）的條目，指定的輸入必須與輸出約束位於同一位置。
int64_t res = 3;
int64_t num = 1;
asm("addq %1, %0" : "=g"(res) : "0"(num));
// 輸入輸出位置相同
movq $3, -8(%rbp)
movq $1, -16(%rbp)
movq -16(%rbp), %rax
/APP
# 32 "asm.c" 1
addq %rax, %rax
# 0 "" 2
/NO_APP- cexpression 可以不為左值，作為彙編表達式的輸入值即可
Clobbers
破壞列表，主要用於指示編譯器生成的彙編指令。
從asm表達式中看到輸出操作數中列出條目的更改編譯器是可以確定的，但內聯彙編代碼可能不僅對輸出進行了修改。 例如，計算可能需要其他寄存器，或者處理器可能會由於特定彙編程序指令而破壞寄存器的值。 為了將這些更改通知編譯器，在Clobber列表中列出這些會產生副作用的條目。 破壞列表條目可以是寄存器名稱，也可以是特殊的破壞列表項（在下面列出）。 每個內容列表條目都是一個字符串常量，用雙引號引起來並用逗號分隔。
寄存器
```c
asm volatile("movc3 %0, %1, %2"
: /* No outputs. */
: "r"(from), "r"(to), "g"(count)
: "%rbx", "%rcx", "%rdx", "memory");
/APP
# 25 "asm.c" 1
movc3 %rax, %r8, -72(%rbp)
# 0 "" 2
/NO_APP
```
可以看到使用到了 rax 寄存器，然後修改程序在 Clobbers 增加 %rax, 結果如下
```c
asm volatile("movc3 %0, %1, %2"
: /* No outputs. */
: "r"(from), "r"(to), "g"(count)
: "%rax", "%rbx", "%rcx", "%rdx", "memory");
/APP
# 25 "asm.c" 1
movc3 %r8, %r9, -72(%rbp)
# 0 "" 2
/NO_APP
```
編譯器在產生的彙編代碼中就未使用 %rax 寄存器了。特殊破壞列表項
- "cc", 表示彙編代碼修改了標誌寄存器
- "memory", 為了確保內存中包含正確的值，編譯器可能需要在執行asm之前將特定的寄存器值刷新到內存中
編譯器為了破壞列表項的值受到破壞，當這些條目是寄存器時，不對其進行使用；為特殊參數時，重新刷新得到最新的值。
約束
- 一些基礎的約束
| 約束名 | 說明 |
|---|---|
| whitespace | 空白字符被忽略 |
| m | 允許使用內存操作數，以及機器通常支持的任何類型的地址 |
| o | 允許使用內存操作數，但前提是地址是可偏移的 |
| V | 允許使用內存操作數，不可偏移的內存地址，與 "o'互斥 |
| r | 允許在通用寄存器中使用的寄存器操作數，其中可以指定寄存器，如 a(%rax), b(%rbx) |
| i | 允許使用立即整數操作數 |
| n | 允許使用具有已知數值的立即整數操作數, 'I', 'J', 'K', … 'P' 更應該使用 n |
| F | 允許使用浮點立即數 |
| g | 允許使用任何寄存器，內存或立即數整數操作數，但非通用寄存器除外 |
| X | 允許任何操作數, '0', '1', '2', … '9' |
| p | 允許使用有效內存地址的操作數 |
- 標識符約束
| 標識符 | 說明 |
|---|---|
| = | 表示此操作數是由該指令寫入的：先前的值將被丟棄並由新數據替換 |
| + | 表示該操作數由指令讀取和寫入 |
| & | 表示（在特定替代方法中）此操作數是早期指令操作數，它是在使用輸入操作數完成指令之前寫入的，故輸入操作數部分不能分配與輸出操作數相同的寄存器 |
| % | 表示該操作數與後續操作數的可交換指令 |
內核示例
- x86 的內存屏障指令。
// 避免編譯器的優化，聲明此處內存可能發生破壞
#define barrier() asm volatile("" ::: "memory")
// 在32位的CPU下，lock 指令為鎖總線，加上一條內存操作指令就達到了內存屏障的作用，64位的cpu已經有新增的 *fence 指令可以使用
// mb() 執行一個內存屏障作用的指令，為指定CPU操作；破壞列表聲明 cc memory 指示避免編譯器進行優化
#ifdef CONFIG_X86_32
#define mb() asm volatile(ALTERNATIVE("lock; addl $0,-4(%%esp)", "mfence", \
X86_FEATURE_XMM2) ::: "memory", "cc")
#define rmb() asm volatile(ALTERNATIVE("lock; addl $0,-4(%%esp)", "lfence", \
X86_FEATURE_XMM2) ::: "memory", "cc")
#define wmb() asm volatile(ALTERNATIVE("lock; addl $0,-4(%%esp)", "sfence", \
X86_FEATURE_XMM2) ::: "memory", "cc")
#else
#define mb() asm volatile("mfence":::"memory")
#define rmb() asm volatile("lfence":::"memory")
#define wmb() asm volatile("sfence" ::: "memory")
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