x64 アセンブリ言語プログラミング

x64(x86-64)について

• Windowsでの呼び出し既約
  • Windowsでのレジスタ
  • Windowsでのスタック
  • FPU/3D Now!非サポート?
• gccでの呼び出し既約
  • gccでのレジスタ
  • gccでのスタック
• callerとcallee
• FPUレジスタ
• SSEレジスタ
• 混在パターン

Cの関数のレジスタの使い方は次の通りです.

    push rbx // アライメントをそろえる(add rsp, 32とくっつけてもよい)
    // 1変数関数int func(int x)を呼び出す
    sub  rsp, 32
    // rcxに値設定
    call func
    // raxを使う
    add  rsp, 32
    pop rbx

    // func()内部
proc func:
    mov  [rsp + 8], ecx ; ecxを保存してみる
    ...

今までのx86に慣れているとこれはなかなかびっくりです.

スレッドを起動してmm0にそれぞれのスレッド上で異なる値を設定して値をポーリング読み出しする. このプログラムを複数異なる引数で起動して読み出された値を確認する. もしコンテキストスイッチでMMXレジスタが保存されていないなら値は同じものになるはず.

試してみると正しく異なる値になった. これを見る限りでは上記「MMX/3D Now!非サポート」は間違っていて「MMX/3D Now!サポート」が正しそう.
一つ可能性としては32bit Xp上のVMware上の64bit Xpで試したのでホストOS側でたまたま保存してしまってるという可能性もあるが(どなたか検証してみて), Legacy Floating-Point Supportにも

The MMX and floating-point stack registers (MM0-MM7/ST0-ST7) are preserved across context switches

と明記されていた(カーネル内部では使えないとある). 最初非サポートにしようとしたが仕様が変わったというところだろうか.
英語版Wikipediaのx86-64にはサポートすると書いてあった…. 日本語版が古いままなだけか.

Cの関数呼び出しのレジスタの使い方は次の通りです. C++のメンバ関数の呼び出し方法についてはC++ではを参照.

 +---caller---+    +--callee--+
 |    ...     |    |          |
 | mov rax, 3 |    |  (func)  |
 | call func -+--->+   ...    |
 |    ...     <----+-- ret    |
 |    ...     |    +----------+
 +------------+     (rbpなどをいじったら元に戻す)
    ↑
 (rbpなどは変わらないと思っていい)

double func1(double x, double y)
{
    return x + y;
}

proc func1:
  addsd xmm0, xmm1
  ret

__m128 func3(__m128 x, __m128 y)
{
    return _mm_xor_ps(x, y);
}

__m128 func4(const __m128& x, const __m128& y)
{
    return _mm_xor_ps(x, y);
}

64bit Windows用Intel Cコンパイラではrcx経由ではなくxmm0に直接渡されるようです.

proc func3:
  movaps xmm0, xmmword ptr [rcx] ; 1番目の値へのポインタ経由
  xorps  xmm0, xmmword ptr [rdx] ; 2番目の値へのポインタ経由
  ret

gccでは関数の引数はレジスタに割り当てられます. 上記func3は下記のようにすっきりします. __m128へのconst参照はできないようでfunc4はエラーとなります.

proc func3:
  xorps xmm0, xmm1
  ret

double func5(int a, double x, int b, double y)
{
    return a + x + b + y;
}

VCの場合, 通し番号なのでaは1番目, xは2番目, bは3番目, yは4番目となります. aは1番目のintなのでecx, xは2番目のdoubleなのでxmm0ではなく, xmm1です. bは3番目のintなのでedxではなくr8d, yは4番目のdoubleなのでxmm3です.

  movd     xmm0, ecx   ; a
  cvtdq2pd xmm0, xmm0  ; (double)a
  addsd    xmm0, xmm1  ; a += x
  movd     xmm1, r8d   ; b
  cvtdq2pd xmm1, xmm1  ; (double)b
  addsd    xmm0, xmm1  ; a += b
  addsd    xmm0, xmm3  ; a += y
  // return a + x + b + y
  ret

gccの場合, 整数とFPUで別々なのでaは整数の1番目, xはFPUの1番目, bは整数の2番目, yはFPUの2番目となります. つまりaはedi, bはxmm0, bはesi, yはxmm1となります.

  movapd   xmm2, xmm0  ; x
  cvtsi2sd xmm0, edi   ; (double)a
  addsd    xmm0, xmm2  ; a += x
  cvtsi2sd xmm2, esi   ; (double)b
  addsd    xmm0, xmm2  ; a += b
  addsd    xmm0, xmm1  ; a += y
  // return a + x + b + y
  ret

どっちでも動くコードを書きたい方, とりあえず泣いてください.