为什么被调用者不首先使用调用者保存的寄存器？

Question

我们知道，按照x86-64的约定，寄存器%rbx、%rbp和%r12–%r15被归类为callee-saved寄存器。而 %r10 和 %r111 是调用者保存的寄存器。但是在大多数情况下，当我编译 C 代码时，例如函数 P 调用 Q，我看到函数 Q 的以下汇编代码：

Q:
   push %rbx
   movq %rdx, %rbx
   ...
   popq %rbx
   ret

我们知道，由于%rbx是一个被调用者保存的寄存器，我们必须将它存储在堆栈中，并在稍后为调用者P恢复它。

但使用调用者保存的寄存器 %r10 是否会更简洁并保存堆栈操作：

Q:
   movq %rdx, %r10
   ...
   ret

所以被调用者不需要担心为调用者保存和恢复寄存器，因为调用者在调用被调用者之前已经将它压入堆栈？

Answer 1

您似乎对“呼叫者已保存”的含义感到困惑。我认为这种错误的术语选择让您误以为编译器实际上会将它们保存在函数调用周围的调用者中。这通常会更慢 ()，尤其是在进行多次调用或循环调用的函数中。

更好的术语是 call-clobbered vs. call-preserved，它反映了编译器实际如何使用它们，以及人们应该如何看待它们：在函数调用时死掉的寄存器，或者没有。 编译器不会 push/pop 在每个 call.

周围注册调用破坏（又名调用者保存）

但是，如果您打算 push/pop 一个围绕单个函数调用的值，您只需使用 %rdx 即可。将其复制到 R10 只会浪费指令。所以 mov %r10 是没用的。再往后推，效率低下，不正确。

复制到调用保留寄存器的原因是函数 arg 将在函数稍后进行的函数调用中继续存在。显然，您必须为此使用保留调用的寄存器；被调用破坏的寄存器无法在函数调用后继续存在。

当不需要调用保留寄存器时，是的，编译器会选择调用破坏寄存器。

如果您将示例扩展到实际的 MCVE 而不是只显示没有源代码的 asm，这应该会更清楚。如果您编写一个需要 mov 来评估表达式的叶函数，或者在第一次函数调用后不需要其任何参数的非叶函数，您将不会看到它浪费指令保存和使用保留呼叫的注册。例如

int foo(int a) {
    return (a>>2) + (a>>3) + (a>>4);
}

https://godbolt.org/z/ceM4dP 使用 GCC 和 clang -O3:

# gcc10.2
foo(int):
        mov     eax, edi
        mov     edx, edi      # using EDX, a call-clobbered register
        sar     edi, 4
        sar     eax, 2
        sar     edx, 3
        add     eax, edx
        add     eax, edi
        ret

右移不能用 LEA 完成复制和操作，并且将相同的输入以 3 种不同的方式移动说服 GCC 使用 mov 来复制输入。（而不是做一系列右移：编译器喜欢以更多指令为代价来最小化延迟，因为这通常最适合宽 OoO exec。）

为什么被调用者不首先使用调用者保存的寄存器？

why callees don't use caller saved registers first?

c

assembly

x86-64

calling-convention

compiler-optimization