文章目录

一、C语言实现加法

二、使用汇编函数实现加法

三、内联汇编语法

四、使用案例

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📢现代编译器已经足够优秀，大部分的C代码转成汇编码后，效率都很高。但是有些特殊的算法需要我们手工优化，这时就需要手写汇编代码；或是有时需要调用特殊的汇编指令(比如使用ldrex/strex实现互斥访问)，这都涉及内联汇编。

一、C语言实现加法

01 #include <stdio.h>02 #include <stdlib.h>0304intadd(int a,int b)05{06return a+b;07}0809intmain(int argc,char**argv)10{11int a;12int b;1314if(argc !=3)15{16printf("Usage: %s <val1> <val2>\n", argv[0]);17return-1;18}1920      a =(int)strtol(argv[1],NULL,0);21      b =(int)strtol(argv[2],NULL,0);2223printf("%d + %d = %d\n", a, b,add(a, b));24return0;25}26

二、使用汇编函数实现加法

对应的汇编也挺复杂：需要入栈、出栈等操作，效率不算高。

26600010404<add>:26710404:   b480            push    {r7}26810406:   b083            sub     sp, #1226910408:   af00            add     r7, sp, #02701040a:6078            str     r0,[r7, #4]2711040c:6039            str     r1,[r7, #0]2721040e:687a            ldr     r2,[r7, #4]27310410:683b            ldr     r3,[r7, #0]27410412:4413            add     r3, r2                // 真正实现加法的只有这条指令27510414:4618            mov     r0, r327610416:370c            adds    r7, #1227710418:46bd            mov     sp, r72781041a:   f85d 7b04       ldr.w   r7,[sp], #42791041e:4770            bx      lr280

使用汇编函数实现加法

01.text            // 放在代码段02.global  add     // 实现全局函数add03.thumb           // 使用thumb指令, main.c默认使用thumb指令, 所以这里也使用thumb指令0405 add:06      add r0, r0, r107      bx lr08

根据ATPCS规则，main函数调用add(a, b)时，会把第一个参数存入r0寄存器，把第二个参数存入r1寄存器。在上面第06行里，把r0、r1累加后，结果存入r0：根据ATPCS规则，r0用来保存返回值。可以看到，这个add函数连栈都没有使用，非常高效。这只是一个很简单的例子，我们工作中并不使用汇编来进行“加法优化”，在计算量非常大的地方可以考虑单独编写汇编函数实现优化。

三、内联汇编语法

从上面例子可以看到，我们完全可以新建一个汇编文件，在ATPCS规则之下编写代码，这样C函数就可以直接调用汇编函数。但是，需要新建汇编文件，有点麻烦。使用内联汇编，可以在C代码中内嵌汇编代码。先看看内联汇编的语法。

内联汇编语法：① asm也可以写作“asm”，表示这是一段内联汇编。② asm-qualifiers有3个取值：volatile、inline、goto。volatile的意思是易变的、不稳定的，用来告诉编译器不要随便优化这段代码，否则可能出问题。比如汇编指令“mov r0, r0”，它把r0的值复制到r0，并没有实际做什么事情，你的本意可能是用这条指令来延时。编译器看到这指令后，可能就把它去掉了。加上volatile的话，编译器就不会擅自优化。其他2个取值我们不关心，也比较难以理解，不讲。③ AssemblerTemplate汇编指令，用双引号包含起来，每条指令用“\n”分开，比如：

“mov  %0,%1\n”“add  %0,%1,%2\n”

④ OutputOperands输出操作数，内联汇编执行时，输出的结果保存在哪里。格式如下，当有多个变量时，用逗号隔开：

[[asmSymbolicName]]constraint(cvariablename)

smSymbolicName是符号名，随便取，也可以不写。constraint表示约束，有如下常用取值：

constraint前还可以加上一些修饰字符，比如“=r”、“+r”、“=&r”，含义如下：cvariablename：C语言的变量名。示例1如下：

[result]"=r"(sum)

它的意思是汇编代码中会通过某个寄存器把结果写入sum变量。在汇编代码中可以使用“%[result]”来引用它。示例2如下：

"=r"(sum)

在汇编代码中可以使用“%0”、“%1”等来引用它，这些数值怎么确定后面再说。

⑤ InputOperands输入操作数，内联汇编执行前，输入的数据保存在哪里。格式如下，当有多个变量时，用逗号隔开：

[[asmSymbolicName]]constraint(cexpression)

• asmSymbolicName是符号名，随便取，也可以不写。
• constraint表示约束，参考上一小节，跟OutputOperands类似。
• cexpression：C语言的表达式。

示例1如下：

[a_val]"r"(a),[b_val]"r"(b)

它的意思变量a、b的值会放入某些寄存器。在汇编代码中可以使用%[a_val]、%[b_val]使用它们。

示例2如下：

"r"(a),"r"(b)

它的意思变量a、b的值会放入某些寄存器。在汇编代码中可以使用%0、%1等使用它们，这些数值后面再说。⑥ Clobbers在汇编代码中，对于“OutputOperands”所涉及的寄存器、内存，肯定是做了修改。但是汇编代码中，也许要修改的寄存器、内存会更多。比如在计算过程中可能要用到r3保存临时结果，我们必须在“Clobbers”中声明r3会被修改。下面是一个例子：

:"r0","r1","r2","r3","r4","r5","memory"

我们常用的是有“cc”、“memory”，意义如下：

四、使用案例

staticinlinevoidarch_spin_lock(arch_spinlock_t*lock){unsignedlong tmp;        u32 newval;arch_spinlock_t lockval;prefetchw(&lock->slock);        __asm__ __volatile__("1:     ldrex   %0, [%3]\n""       add     %1, %0, %4\n""       strex   %2, %1, [%3]\n""       teq     %2, #0\n""       bne     1b":"=&r"(lockval),"=&r"(newval),"=&r"(tmp):"r"(&lock->slock),"I"(1<< TICKET_SHIFT):"cc");while(lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner){wfe();                lockval.tickets.owner =READ_ONCE(lock->tickets.owner);}smp_mb();}

这段代码是一个使用内联汇编嵌入在 C 代码中的片段，主要用于实现自旋锁的逻辑。下面逐行介绍：

1. “=&r” (lockval), “=&r” (newval), “=&r” (tmp): 这部分是输出操作数的声明，指定了寄存器约束 (=&r) 和对应的 C 变量名。这些变量用于存储锁的当前值 lockval、新值 newval 和临时变量 tmp。
2. “r” (&lock->slock), “I” (1 << TICKET_SHIFT): 这部分是输入操作数的声明，指定了寄存器约束 (“r”) 和对应的 C 变量名。&lock->slock 表示锁变量的地址，1 << TICKET_SHIFT 是一个常量，用于表示锁的步长。
3. “cc”: 这是一个修饰符，表示代码可能会影响处理器的条件码寄存器，需要告诉编译器以便进行适当的处理。
4. 1: ldrex %0, [%3]: 这是一个标签 1，标识一个循环的起始点。ldrex 是 ARM 处理器的原子加载指令，用于加载内存中的值到寄存器 %0，[%3] 表示从地址 %3（即锁变量的地址）处加载值。
5. add %1, %0, %4: 将加载的值 %0 和常量 %4 相加，结果存储到 %1 中。
6. strex %2, %1, [%3]: 使用 strex 指令将 %1 中的值存储回锁变量地址 %3 处，并将操作结果存储到 %2 中。
7. teq %2, #0: 使用 teq 指令比较 %2 和常量 #0，检查 strex 操作是否成功，如果不成功则跳转到标签 1。
8. bne 1b: 如果上一条指令结果不为零，则跳转到标签 1，即重新尝试获取锁的操作。这段内联汇编代码实现了自旋锁的关键逻辑，其中利用了 ARM 处理器的原子指令来实现对锁变量的操作，并通过循环进行自旋等待直到成功获取到锁。