GCC生成的ARM和x86汇编代码的差异

让我们用一个简单的C代码来设置寄存器：

int main()
{
    int *a = (int*)111111;
    *a = 0x1000;
    return 0;
}

当我使用1级优化为ARM（ARM none eabi gcc）编译此代码时，汇编代码如下所示：

mov     r2, #4096
mov     r3, #110592
str     r2, [r3, #519]
mov     r0, #0
bx      lr

看起来地址111111解析为最近的4K边界（110592）并移动到r3，然后通过将519添加到110592（=111111）来存储值4096（0x1000）。为什么会发生这种情况

在x86中，组装非常简单：

movl    $4096, 111111
movl    $0, %eax
ret

---

编译器可能正在利用这一点来减少代码大小。基本上，110592是

0x1B这种编码背后的原因是x86具有可变大小的指令——从1字节到16字节（甚至可能更多带有前缀）

ARM指令的宽度为32位（不包括Thumb模式），这意味着不可能在单个操作码中编码所有32位宽度的常量（立即数）

固定大小的体系结构通常使用几种方法加载大常量：

1)  movi  #r1, Imm8  ; // Here Imm8 or ImmX is simply X least significant bits
2)  movhi #r1, Imm16 ; // Here Imm16 loads the 16 MSB of the register
3)  load  #r1, (PC + ImmX);  // use PC-relative address to put constant in code
4)  movn  #r1, Imm8 ;  // load the inverse of Imm8 (for signed constants) 
5)  mov(i/n) #1, Imm8 << N;       // where N=0,8,16,24

地址必须分成两部分，因为这个特定常量不能用一条指令加载到寄存器中

指定了某些指令（例如
MOV
）中允许的立即数常量的限制：

在ARM指令中，常量可以有任何可以产生的值
通过将8位值向右旋转任意偶数个位
32位字

在32位Thumb-2指令中，常数可以是：

通过将8位值左移
32位字中的任意位数

0x00XY00XY形式的任何常数。

0xXY00XY00形式的任何常数。

0xXYXYXYXY形式的任何常数

值
111111
（
1B207
十六进制）不能表示为上述任何值，因此编译器必须将其拆分

110592
是
1B000
，因此它满足第一个条件（8位值0x1B向左旋转12位），可以使用
MOV
指令加载

另一方面，
STR
指令对使用的偏移量进行了调整。具体而言，519（0x207）属于ARM模式下字存储/加载所允许的-4095到4095范围


在这种特定的情况下，编译器设法将常量分成两部分。如果立即数有更多的位，它可能需要生成更多的指令，或者使用文字池加载。例如，如果我使用
0xABCDEF78
，我会得到以下结果（对于ARMv7）：

对于没有MOVW/MOVT的体系结构（例如ARMv4），GCC似乎会退回到文字池：

    mov     r2, #4096
    ldr     r3, .L2
    str     r2, [r3, #-135]
    mov     r0, #0
    bx      lr
.L3:
    .align  2
.L2:
    .word   -1412567041

我想提醒您不要根据生成的汇编指令的数量来评估这些体系结构。不同的汇编指令的数量不会告诉您使用了多少字节的代码，也不会告诉您任何关于执行时间的信息。x86 ISA是在人类仍在进行大量汇编编码的时代设计的，因此，即使指令在其他方面效率低下，也必须使用“直接”指令。x86使用可变字长指令，因此您可以使用一条指令来执行任意32或64位立即数。Arm是固定指令长度的，因此您不能有任何32位或64位的立即数，它需要多条指令和/或具有该值的位置的pc相对负载。编译器将选择一个或另一个选项。
mov[dword]，dword
是
C7 05 dword dword
，顺便说一句（在32位模式下），这并没有减少代码大小：另一种方法是从内存加载地址。编译器在这里选择使用立即数常量来形成地址，以便保存加载—这可能会丢失缓存，并且可能比加载立即数常量所用的单个周期更长。该立即数常量使用12位，而不是32位。它支持在完整的32位指令中对常量进行编码。因此，一条32位指令替换32位内存，其中包含指令的常量加上16位（甚至在ARM模式下为32位）。
movw    r3, #61439
movt    r3, 43981
mov     r2, #4096
str     r2, [r3, #-135]
mov     r0, #0
bx      lr

    mov     r2, #4096
    ldr     r3, .L2
    str     r2, [r3, #-135]
    mov     r0, #0
    bx      lr
.L3:
    .align  2
.L2:
    .word   -1412567041