是否可以在 C++17 的 GCC 中使用显式寄存器变量？

Question

我正在使用 explicit register variables to pass parameters to a raw Linux syscall using registers that don't have machine-specific constraints (such as r8, r9, r10 on x86_64) as suggested here。

#include <asm/unistd.h>

#ifdef __i386__
#define _syscallOper "int [=10=]x80"
#define _syscallNumReg "eax"
#define _syscallRetReg "eax"
#define _syscallReg1 "ebx"
#define _syscallReg2 "ecx"
#define _syscallReg3 "edx"
#define _syscallReg4 "esi"
#define _syscallReg5 "edi"
#define _syscallReg6 "ebp"
#define _syscallClob
#else
#define _syscallOper "syscall"
#define _syscallNumReg "rax"
#define _syscallRetReg "rax"
#define _syscallReg1 "rdi"
#define _syscallReg2 "rsi"
#define _syscallReg3 "rdx"
#define _syscallReg4 "r10"
#define _syscallReg5 "r8"
#define _syscallReg6 "r9"
#define _syscallClob "rcx", "r11"
#endif

template <typename Ret = long, typename T1>
Ret syscall(long num, T1 arg1)
{
    register long _num __asm__(_syscallNumReg) = num;
    register T1 _arg1 __asm__(_syscallReg1) = arg1;
    register Ret _ret __asm__(_syscallRetReg);
    __asm__ __volatile__(_syscallOper
        : "=r"(_ret)
        : "r"(_num), "r"(_arg1)
        : _syscallClob);
    return _ret;
}

extern "C" void _start()
{
    syscall(__NR_exit, 0);
}

但是，此功能需要使用 register 关键字，该关键字已在 C++11 中弃用并在 C++17 中删除。所以当我用 GCC 7 (-std=c++17 -nostdlib) 编译这段代码时，它给了我一个警告：

ISO C++1z does not allow ‘register’ storage class specifier [-Wregister]

它似乎忽略了寄存器分配和程序段错误，因为没有正确调用系统调用。然而，此代码在 Clang 6 中编译并运行良好。注意：我实际上有 6 个系统调用函数（最多 6 个参数），但为了最小示例，此处仅显示 1 个参数版本。

我意识到 register 关键字本身并不是很有用，这就是它被删除的原因，但这个特定用例对我来说似乎是一个例外，因此删除编译器对它的支持似乎也不合理.

我也意识到这个用例是特定于编译器的（即非标准），所以我的问题是关于编译器支持而不是从标准中删除。

Answer 1

我觉得这像是 GCC 错误。 C++17 警告是一个转移注意力的问题。该代码对我来说可以很好地优化（当使用 GCC 7 编译时），但它在 -O0.

处中断

根据documentation for local register variables, this is not expected, so this is likely a GCC bug. According to this bug report的说法，这甚至与优化无关，但最终是使用模板引起的。

我建议仅在最终系统调用包装器中重载系统调用参数的数量，并对所有参数和结果使用 long 类型：

inline long syscall_base(long num, long arg1)
{
    register long _num __asm__(_syscallNumReg) = num;
    register long _arg1 __asm__(_syscallReg1) = arg1;
    register long _ret __asm__(_syscallRetReg);
    __asm__ __volatile__(_syscallOper
        : "=r"(_ret)
        : "r"(_num), "r"(_arg1)
        : _syscallClob);
    return _ret;
}

template <typename Ret = long, typename T1>
Ret syscall(long num, T1 arg1)
{
  return (Ret) (syscall_base(num, (long) arg1));
}

你必须为转换使用更好的东西（可能是类型索引转换函数），当然你仍然必须以其他方式处理系统调用 ABI 差异（x32 有 long long而不是 long，并且 POWER 有两个 return 寄存器而不是一个，等等），但这也是您原始方法的问题。

Answer 2

您似乎发现了一个 GCC 错误：GNU register-asm 局部变量在模板函数中不起作用。（clang 正确编译您的示例）。显然这已经是 a known bug，感谢@Florian 找到它。

-Wregister 触发只是第一个错误的症状：GNU register-asm 局部变量不会触发警告。但是在模板中，gcc 将它们编译为普通的 register int foo = bar; 而没有声明的 asm 部分。所以 GCC 认为你只是在使用普通的 register 变量，而不是 register-asm。

在常规函数中，即使使用 -std=c++17.

，您的代码也可以正常编译，没有任何警告

#define T1 unsigned long
#define Ret T1
// template <typename Ret = long, typename T1>
... your code unchanged ...

__asm__ __volatile__(_syscallOper "  #operands in %0, %1, %2"
                ...

On Godbolt with gcc7.3 -O3:

_start:
    movl    , %eax
    xorl    %edx, %edx
    syscall  #operands in %rax, %rax, %edx
    ret

但是clang6.0没有这个bug，我们得到：

_start:                                 # @_start
    movl    , %eax
    xorl    %edi, %edi
    syscall #operands in %rax, %rax, %edi
    retq

请注意我附加到您的模板的 asm 注释（使用 C++ string-literal 连接）。我们可以让编译器告诉我们它认为它在做什么，而不必费力去弄清楚。

（发布这个答案主要是为了讨论调试技术；Florian 的答案已经涵盖了这个实际案例的细节。）

您可以使用 MUSL 现有的便携式 headers:

而不是模板

它是一个 C 库，因此可能需要一些额外的转换才能让 C++ 编译器满意。或者在 ARM headers.

中避免使用临时表达式作为左值

但它应该解决了 Florian 指出的大部分问题。它有一个宽松的许可证，因此您只需将其系统调用包装器 headers 复制到您的项目中即可。它们无需链接到 MUSL 的其余部分即可工作，并且是真正的内联。

http://git.musl-libc.org/cgit/musl/tree/arch/x86_64/syscall_arch.h 是 x86-64 版本。

是否可以在 C++17 的 GCC 中使用显式寄存器变量？

Is it possible to use explicit register variables in GCC with C++17?

c++

assembly

gcc

inline-assembly

c++17

您可以使用 MUSL 现有的便携式 headers: