如何防止 gcc 优化破坏 rep movsb 代码？

Question

我尝试使用 rep movsb 指令创建我的 memcpy 代码。当禁用优化时，它可以完美地处理任何尺寸。但是，当我启用优化时，它并没有按预期工作。

问题

如何防止 gcc 优化破坏 rep movsb 代码？
我的代码是否有问题导致未定义的行为？

创建我自己的 memcpy 的动机：

我从 Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual 3.7.6 节 中读到关于 memcpy 的增强 movsb。我来到 libc 源代码，我看到 libc 的默认 memcpy 使用 SSE 而不是 movsb.

因此，我想比较 SSE 指令 和 rep movsb 对 memcpy 的性能。但是现在，我发现它有问题。

重现问题的简单代码 (test.c)

#include <stdio.h>
#include <string.h>

inline static void *my_memcpy(
  register void *dest,
  register const void *src,
  register size_t n
) {
  __asm__ volatile(
    "mov %0, %%rdi;"
    "mov %1, %%rsi;"
    "mov %2, %%rcx;"
    "rep movsb;"
    :
    : "r"(dest), "r"(src), "r"(n)
    : "rdi", "rsi", "rcx"
  );
  return dest;
}

#define to_boolean_str(A) ((A) ? "true" : "false")

int main()
{
  char src[32];
  char dst[32];

  memset(src, 'a', 32);
  memset(dst, 'b', 32);

  my_memcpy(dst, src, 1);
  printf("%s\n", to_boolean_str(!memcmp(dst, src, 1)));

  my_memcpy(dst, src, 2);
  printf("%s\n", to_boolean_str(!memcmp(dst, src, 2)));

  my_memcpy(dst, src, 3);
  printf("%s\n", to_boolean_str(!memcmp(dst, src, 3)));

  return 0;
}

编译并运行

ammarfaizi2@integral:~$ gcc --version
gcc (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2) 9.3.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O0 test.c -o test && ./test
true
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O1 test.c -o test && ./test
false
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O2 test.c -o test && ./test
false
true
true
ammarfaizi2@integral:~$ gcc -O3 test.c -o test && ./test
false
true
true
ammarfaizi2@integral:~$

总结

如果启用优化，

my_memcpy(dst, src, 1); 会导致错误行为。

Answer 1

正如所写，您的 asm 约束并未反映出 asm 语句可以修改内存，因此编译器可以根据在 dest 或 [=11= 处读取或写入内存的操作自由地重新排序它].您需要将 "memory" 添加到 clobber 列表中。

正如其他人指出的那样，您还应该编辑约束以避免 mov。如果你这样做，你还需要在约束中表示 asm 现在修改它的参数（例如，使它们都是双重的 input/output）并备份 dest 的值，这样你就可以 return它。因此，您可以跳过此改进，直到您开始使用它并了解约束的工作原理。

如何防止 gcc 优化破坏 rep movsb 代码？

How to prevent gcc optimization breaking rep movsb code?

c

optimization

gcc

x86-64

inline-assembly

问题

创建我自己的 memcpy 的动机：

重现问题的简单代码 (test.c)

编译并运行

总结