Rust 内联汇编：原理与实战

Rust 内联汇编详解

Rust 通过 asm! 宏提供内联汇编支持。这允许我们在编译器生成的汇编输出中嵌入手写的汇编代码。通常情况下并不需要这么做，但在需要极致性能或精确时序控制时，这是唯一的选择。访问底层硬件原语（例如内核代码中）也往往需要此功能。

注意：示例基于 x86/x86-64 架构，但其他架构同样受支持。

目前内联汇编支持以下架构：

• x86 和 x86-64
• ARM
• AArch64
• RISC-V

基本用法

我们从最简单的例子开始：

use std::arch::asm;

unsafe {
    asm!("nop");
}

这将把 NOP（空操作）指令插入编译器生成的汇编中。注意，所有 asm! 调用都必须在 unsafe 块内，因为它们可能插入任意指令并破坏各种不变量。要插入的指令作为字符串字面量列在 asm! 宏的第一个参数中。

输入与输出

只插入一条无操作的指令略显枯燥，让我们来做点真正处理数据的事情：

use std::arch::asm;

let x: u64;
unsafe {
    asm!("mov {}, 5", out(reg) x);
}
assert_eq!(x, 5);

这段代码将值 5 写入 u64 变量 x。你会发现用于指定指令的字符串字面量实际上是一个模板字符串。它遵循与 Rust 格式化字符串相同的规则。不过，插入到模板中的参数看起来可能有些陌生。

首先我们需要指定变量是输入还是输出。在这里它是输出，我们通过写 out 来声明。我们还需要指定汇编期望变量位于哪种寄存器中。这里我们将其放在任意通用寄存器中，通过指定 reg 实现。编译器会自动选择合适的寄存器插入到模板中，并在内联汇编执行完毕后从该寄存器读取变量。

再看一个同时使用输入的示例：

use std::arch::asm;

let i: u64 = 3;
let o: u64;
unsafe {
    asm!(
        "mov {0}, {1}",
        "add {0}, 5",
        out(reg) o,
        in(reg) i,
    );
}
assert_eq!(o, 8);

这会将变量 中的输入加 5，并将结果写入变量 。这个汇编的具体做法是先将 的值复制到输出，然后加 5。