c语言内嵌汇编代码之constraint modifier中 & 的作用

FigoHong 2020-07-15

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在阅读本文之前，请先阅读gcc的相关文档，确保对如何在c中使用汇编语言有个基本的认识。

文档地址为：

https://gcc./onlinedocs/gcc-9.2.0/gcc/Using-Assembly-Language-with-C.html#Using-Assembly-Language-with-C

1. & 只能用于 output operands，不能用于 input operands。

2. & 的作用是告诉编译器，在这条asm语句中的汇编代码完成对该 output operand 的写操作之后，后面的汇编代码还是会使用到 input operands 的值，即：告诉编译器不要为该 output operand 和 input operands 分配相同的寄存器或内存空间，否则会导致该 output operand 的写操作覆盖掉 input operands 原来的值，这样使得后面汇编代码再用到 input operands 的值时，使用的是被覆盖过后的值。

看个例子：

#include <stdio.h>

int f() { int a = 1; int b; int c;

asm('mov %2, %0\n\t' 'add $1, %0\n\t' 'mov %2, %1' : '=r'(b), '=r'(c) : 'r'(a));

return b + c;}

int main(int argc, char *argv[]) { printf('%d\n', f()); }

理论上f方法返回的值应该是3，但实际上却是4：

$ gcc -O3 main.c && ./a.out4

这是因为a和b使用了相同的寄存器，导致第二个mov语句在使用a的值时，读到的是2，所以最终结果变成了4。

看下其汇编代码：

$ gcc -O3 main.c && objdump --disassemble=f a.out0000000000001170 <f>: 1170: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax 1175: 89 c0 mov %eax,%eax 1177: 83 c0 01 add $0x1,%eax 117a: 89 c2 mov %eax,%edx 117c: 01 d0 add %edx,%eax 117e: c3 retq

在该汇编代码中，第一行是给a赋值为1，第二行是将a的值拷贝到b里，第三行是对b做加1处理，第四行是将a的值拷贝到c里，第五行是将b和c的值相加，第六行是返回最终的结果。

由汇编代码可以看到，a和b的确使用的相同的寄存器eax，所以最终结果是错误的。

下面我们加上 & 这个 constraint modifier 试下：

#include <stdio.h>
int f() {  int a = 1;  int b;  int c;
  asm('mov %2, %0\n\t'      'add $1, %0\n\t'      'mov %2, %1'      : '=&r'(b), '=r'(c)      : 'r'(a));
  return b + c;}
int main(int argc, char *argv[]) { printf('%d\n', f()); }

编译后执行：

$ gcc -O3 main.c && ./a.out3

看到没，这次就对了，因为 & 使编译器不会再为a和b分配相同的寄存器。

再看下汇编代码确认下：

$ gcc -O3 main.c && objdump --disassemble=f a.out0000000000001170 <f>:    1170:  b8 01 00 00 00         mov    $0x1,%eax    1175:  89 c2                  mov    %eax,%edx    1177:  83 c2 01               add    $0x1,%edx    117a:  89 c0                  mov    %eax,%eax    117c:  01 d0                  add    %edx,%eax    117e:  c3                     retq