了解一个函数的汇编指令，该函数对 std::array 的三个整数求和

Question

我有以下 C++ 函数，它简单地对给定输入数组的三个元素求和。

#include <array>
using namespace std;

int square(array<int, 3> ar) {
    int res = 0;
    for(int idx = 0; idx < ar.size(); idx++){
        res += ar[idx];
    }
    return res;
}

此代码使用 Clang 编译（gcc 和 icc 生成相同的代码）和编译器标志 -O3 生成以下 x86-64 程序集

sum(std::array<int, 3ul>):
        mov     rax, rdi
        shr     rax, 32
        add     eax, edi
        add     eax, esi
        ret

我目前对程序集的解释是发生了以下情况：

64 位从 64 位输入寄存器 rdi 移动到 64 位输出寄存器 rax。这对应于 32 位整数。
shr 将 rax 的内容移动 32 位，因此只保留 rdi 中包含的前 32 位 int。
将32位输入寄存器edi的内容加到32位输出寄存器eax
将第二个32位输入寄存器esi的内容加到eax
返回eax

但是我还有一些问题：

计算机能否像前两条指令那样简单地在 32 位和 64 位寄存器之间移动？
shr 的使用不应该导致第一个 int 被添加两次，因为第二个 int 被移出了吗？（这跟endianes有关系吗？）

额外说明：当提供基于范围的 for 循环时，编译器会生成相同的汇编指令。

#include <array>
using namespace std;

int sum(array<int, 3> ar) {
    int res = 0;
    for(const auto& in: ar){
        res += in;
    }
    return res;
}

您可以在此处找到示例：https://godbolt.org/z/s3fera7ca

Answer 1

数组被打包到寄存器中用于参数传递，就好像它是一个简单的 3 ints 结构。

因此，两个 32 位 int 元素在第一个参数寄存器中传递，其余一个在第二个参数寄存器中传递。

鉴于此示例中不涉及内存，前两个如何打包到一个寄存器中似乎有些武断，而且需要明确的是，寄存器本身没有字节顺序的概念。字节序是由采用多个内存地址的数字数据引入的——而不是由寄存器中或寄存器中的任何内容引入：寄存器只能命名（在机器代码指令中），但不能寻址，因此，没有字节序的概念在寄存器中。

但是，对于确实涉及从内存存储和加载相同结构的其他一些操作，如果该打包遵循处理器的字节序，那么这是有效的，因此这是 ABI 设计者的合理选择，他们指定（按规则）结构的第一个元素、第二个元素和第三个元素在作为寄存器中的参数传递时的位置。

当遵循处理器字节序时，程序可以使用四字加载或存储和双字加载或存储来复制结构 — 64 位操作后跟 32 位操作。如果寄存器中没有遵循处理器的自然字节顺序（实际上仍然有效），那么将需要三个双字加载或存储操作，以获取数组元素 from/into 内存的正确顺序。

通过遵循自然字节序，机器代码可以混合 64 位和 32 位加载和存储操作，即使该结构仅包含 32 位项目。

How does edi fit into this?

edi是array/structure的第一个元素。 rdi >> 32 是第 2 个元素，因为它被打包到 rdi 的高 32 位，而第一个元素被打包到 [= 的低 32 位13=]。而esi是第三个。

了解一个函数的汇编指令，该函数对 std::array 的三个整数求和

Understanding assembly instructions for a function summing three ints of an std::array

c++

assembly

x86-64

disassembly

calling-convention