ABI 64 - Interfejsowanie do C++ w trybie 64 bitowym

Wstęp

Interfejsowanie do C/C++ w trybie 64 bitowym znacznie różni się od trybu 32 bitowego. Dla Linuxa standard określa dokument System V Application Binary Interface ELF x86-64-ABI psABI. Najbardziej aktualne źródła w LaTeX-u.

W dużym skrócie:

  • Argumenty są przekazywane w pierwszej kolejności przez odpowiednie rejestry w zależności od ich typu:
    • całkowitoliczbowe i wskaźniki : RDI, RSI, RDX, RCX, R8, R9
    • zmiennoprzecinkowe (poza long double) : XMM0, XMM1, ..., XMM7

    Dopiero gdy braknie miejsca w odpowiednich rejestrach argumenty są odkładane na stosie od prawej do lewej. Rejestr RAX powinien zawierać liczbę argumentów przekazywanych przez rejestry zmiennoprzecinkowe.

  • Przed wywołaniem funkcji stos powinien być wyrównany do granicy 16 bajtowej.
  • Funkcja musi zachowywać wartość rejestrów: RBX, RBP, RSP, R12, R13, R14, R15
  • Wynik zwracamy w zależności od typu:
    • RAX, RDX - całkowitoliczbowy, wskaźnik
    • XMM0, XMM1 - float, double
    • ST0 - long double
    • więsze obiekty w pamięci pod adresem wskazywanym przez RDI

Więcej informacji i przykłady można znaleźć w notatkach z wykładu.

Poniższe zadania powinny być rozwiązane w trybie 64 bitowym.

Zadanie 1

Napisz w assemblerze funkcję

extern "C" int suma (int n, int * tab);

która oblicza sumę n liczb całkowitych znajdujących się w tablicy tab np.

int tab[] ={1, 2, 3, 4};
suma(4, tab);

powinno zwrócić 10.

Zadanie 2

Napisz w assemblerze funkcję

extern "C" double wartosc (double a, double b, double x, int n);

która zwraca wartosc = (a*x+b)^n

Wywołanie wartosc(4.0, 3.0, 2.0, 2); powinno zwrócić 121.

Obliczenia zmiennoprzecinkowe należy wykonać na jednostce “SSE”.

Zadanie 3

Zaimplementuj w assemblerze funkcję

extern "C" int iloczyn (int n, ...);

która oblicza iloczyn n liczb całkowitych podanych jako kolejne argumenty np.

iloczyn(4, 1, 2, 3, 4);
iloczyn(10, 1, 2, 3, 4, 1, 1, 1, 1, 1, 10);

powinno zwrócić 24 oraz 240.

Wskazówka: Po zdjęciu adresu powrotu można na stosie odłożyć w kolejności R9, R8, RCX, RDX, RSI i wtedy otrzymamy tablicę wszystkich argumentów (elementy znajdują się co 8 bajtów!).

Zadanie 4 

#include <cstdio>
using namespace std;
class Faktura{
private:
  int id;
  float obrot;
  float podatekNaliczony;
  float stawkaPodatku; 
  static int nextID; 
public:
  Faktura(double obrot,  double stawkaPodatku = 0.23, double podatekNaliczony = 0.0):
  id(nextID++), obrot(obrot), 
  podatekNaliczony(podatekNaliczony), stawkaPodatku(stawkaPodatku){}
};
int Faktura::nextID = 0;
extern "C" float podatek(Faktura f);
extern "C" void wypisz(const Faktura & f); 
int main(){
  Faktura buraki(1000,  0.23, 100);
  printf("Podatek : %f\n", podatek( buraki));
  wypisz(buraki);
  return 0;
}

Dla powyższego kodu w C++ napisz moduł assemblerowy implementujący funkcje:

  • float podatek(Faktura f) - zwracającą należny podatek według wzoru:
    podatek= (obrót - podatekNaliczony) * stawkaPodatku
  • void wypisz(const Faktura & f) - wypisującą przy pomocy standardowej funkcji printf na ekran następujący napis 
     printf("Faktura %d : obrot %f podatek %f\n", f.id, f.obrot, podatek(f));

Wskazówki:

  • Obiekt klasy Faktura przekazywany do funkcji podatek przez wartość zostanie pocięty na kawałki 8 bajtowe: pierwszy trafi do RDI, drugi do XMM0.
  • Funkcja printf wymaga aby
    • standard ABI64 był przestrzegany, w szczególności: stos był wyrównany,
      w rejestrze RAX umieszczona była liczba argumentów znajdujących się w rejestrach XMM
    • liczby typu float były przekazane jako double (konwersja np. cvtss2sd).