[アセンブリ] sファイルの改良 printf

[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

cppファイルから作成したsファイルについて素人目線で無駄と思える行を削除、メモリ番地を勝手に節約してみました。

下記コードでも一応動きました。スタックポインタを32番地マイナスの位置に移動するところを16番地に、フレームポインタ他をスタックポインタ+16番地に格納するところを+8番地に変更しています。

副作用は不明です。

	.section	__TEXT,__text,regular,pure_instructions
	.build_version macos, 11, 0	sdk_version 12, 1
	.globl	_main                           ; -- Begin function main
	.p2align	2
_main:                                  ; @main
	.cfi_startproc
; %bb.0:
	sub	sp, sp, #16                    ; スタックポインタ(sp)から16番地減算してspに格納
	stp	x29, x30, [sp, #8]             ; fp(x29)とlr(x30)をsp+8番地に格納 
	.cfi_def_cfa_offset 32
	.cfi_offset w30, -8
	.cfi_offset w29, -16
	;mov	w8, #0                          ; 0をw8へコピー(削除)
	;str	w8, [sp, #8]                    ; 0をsp+8番地に格納(削除)
	;str	wzr, [sp, #12]                  ; 0をsp+12番地に格納(削除)
	adrp	x0, l_.str@PAGE             ; x0にl_.str@PAGEを書き込み
	add	x0, x0, l_.str@PAGEOFF          ; x0にl_.str@PAGEOFFを追記
	bl	_printf                         ; printfを呼び出し
	mov	w0, #0                          ; 0をw0へコピー(初期化)
	ldp	x29, x30, [sp, #8]             ; sp+8の値をfp,lrに読み込む(元に戻す)
	add	sp, sp, #16                     ; スタックポインタ(sp)から16番地加算してspに格納
	ret
	.cfi_endproc
                                        ; -- End function
	.section	__TEXT,__cstring,cstring_literals
l_.str:                                 ; @.str
	.asciz	"\343\203\206\343\202\271\343\203\210"

.subsections_via_symbols

; SP他の番地移動単位は8の倍数にしないとエラーになる
;asm/test.s:9:21: error: index must be a multiple of 8 in range [-512, 504].
; stp x29, x30, [sp, #2] ; fp(x29)とlr(x30)をsp+2番地に格納
;asm/test.s:20:21: error: index must be a multiple of 8 in range [-512, 504].
; ldp x29, x30, [sp, #2] ; sp+16の値をfp,lrに読み込む(元に戻す)
;make: *** [obj/test.o] Error 1
#include <stdio.h>

int main() {

    printf("テスト");

    return 0;
}

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 3.8 演算子 P52

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

ビット演算子&で計算してみました。各桁のビット同士で論理積を算出します。

10と12をビットAND計算すると8になります。

#include <cppstd.h>

int main() {
    int x = 10;
    int y = 12;

    int z = 10 & 12;

    bitset<8> x_bs(x);
    bitset<8> y_bs(y);
    bitset<8> z_bs(z);

    cout << "x_bs = " << x_bs << endl; 
    cout << "y_bs = " << y_bs << endl; 
    cout << "z_bs = " << z_bs << endl; 
    cout << "z = " << z << endl;

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
x_bs = 00001010
y_bs = 00001100
z_bs = 00001000
z = 8

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 3.7 評価順序 P50

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

代入式にインクリメントを含めると予想外な挙動が見られます。インクリメントは代入式の後に単独で書くべきだとしています。

確かにそのようなコードを書いてみると、法則性がよくわからない結果になりました。

#include <cppstd.h>

int main() {
    int x[5] = {1,2,3,4,5};
    int y[3];

    int i = 0;
    while (i < 3){
        cout << "x[" << i << "] = " << x[i] << endl;
        y[i] = x[i];
        i++;
    }

    cout << "y[0] = " << y[0] << endl;
    cout << "y[1] = " << y[1] << endl; 
    cout << "y[2] = " << y[2] << endl; 

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
x[0] = 1
x[1] = 2
x[2] = 3
y[0] = 1
y[1] = 2
y[2] = 3
#include <cppstd.h>

int main() {
    int x[5] = {1,2,3,4,5};
    int y[3];

    int i = 1;
    while (i < 4){
        cout << "x[" << i << "] = " << x[i] << endl;
        y[i] = x[i++];
    }

    cout << "y[0] = " << y[0] << endl;
    cout << "y[1] = " << y[1] << endl; 
    cout << "y[2] = " << y[2] << endl; 

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
x[1] = 2
x[2] = 3
x[3] = 4
y[0] = 0
y[1] = 0
y[2] = 2

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 3.6 数え上げと非対称な境界 P39

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

C言語以前のプログラミング言語(Fortran他)では配列の要素を示す添え字は1から始まりますが、C言語では0から始まります。

そのようなものと慣れ切っている我々とは異なり、当時の学者・実務家は相当混乱したようです。

以下のような1スタートのFor文を書いてしまい無限ループになるケースが結構あったみたいです。今のコンパイラではAbort trapエラーになります。

ではなぜC言語の添字は0スタートなのか。筆者によると引き算だけで要素数をカウントできるようにするためだそうです。

確かに0から9の配列の要素数を算出する式は9 – 0 + 1=10となり引き算の後に1を足す必要があります。0以上10未満という表現であれば10 – 0 = 10となり引き算だけで要素数を導き出せます。

まあこれはこれで最後の要素9と10未満の10に不一致が生じるというデメリットがあるのでどちらが優れているとは言えないと思います。コンピュータ目線で何かメリットがあるのであれば知りたいところです。

#include <cppstd.h>

int main() {
    int i, a[10];

    for (i = 1; i<=10; i++){
        a[i] = 0;
        cout << "i = " << i << endl;
    }

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
i = 1
i = 2
i = 3
i = 4
i = 5
i = 6
i = 7
i = 8
i = 9
i = 10
Abort trap: 6

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 3.5 ヌルポインタ P38(P99)

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

ヌルポインタが示す先にはヌル文字があるというわけではないという検証です。ヌルポインタが示す記憶領域へのアクセスは基本的には禁じられています。

#include <cppstd.h>

int main() {
    char *p;

    p = nullptr;
    printf("Location 0 contains %d\n", *p);

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
Segmentation fault: 11

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 4.5 外部の型のチェック P68

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

3.3 仮引数としての配列宣言 P37におけるP68への参照を確認しました。

externにより他のファイルで変数を使う場合はポインタと配列をきちんと区別すべきという内容です。同じファイル内のポインタや配列への自動変換のような補助はありません。

下記例ではextern helloポインタになっているため、”配列helloへのポインタ”格納アドレスへアクセスしようとしますが、そのようなものは存在しないのでBus errorになります。

このようなミスは初級者を脱したばかりの中級者がやってしまいそうな感じがします。

#include <cppstd.h>
#include <test2.h>

char hello[] = "hello";

int main() {

    show();

    return 0;
}
#include <cppstd.h>

// extern char hello[]; // 正しくはこちら
extern char *hello;

void show() {

    printf("%s\n",hello);

}
Bus error: 10

//正常であれば
hello

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 3.2 ポインタ P34 malloc

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

本の内容に従ってメモリ確保のコードを書いていたら、malloc関数で確保されるメモリ領域が引数で指定した通りにならないことが判明しました。

詳しく調べてはいませんが、引数が0以上であれば最低16バイトは確保されるようです。なおこれはclangでの検証結果であってgccなどではどうなっているのか不明です。

教科書等では収納するバイト数にヌル文字の1バイト分を加えた数を引数としましょうと教えているはずですが、実際は小さい数であればあまり意味がないということになります。

#include <cppstd.h>
#include <malloc/malloc.h>

int main() {
    char* s = "abc";
    char* t = "def";
    char* r1;
    char* r2;
    char* r3;

    cout << "strlen(s) " << to_string(strlen(s)) << endl;
    cout << "strlen(t) " << to_string(strlen(t)) << endl;

    r1 = (char*)malloc(strlen(s) + strlen(t) +1);
    r2 = (char*)malloc(0);
    r3 = (char*)malloc(10000);

    int size1 = malloc_size(r1); 
    int size2 = malloc_size(r2); 
    int size3 = malloc_size(r3);

    cout << "r1で確保されたサイズ " << to_string(size1) << endl;
    cout << "r2で確保されたサイズ " << to_string(size2) << endl;
    cout << "r3で確保されたサイズ " << to_string(size3) << endl;

    strcat(r1, s);
    strcat(r1, t);

    cout << "r1 " << r1 << endl;

    free(r1);
    free(r2);
    free(r3);

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
strlen(s) 3
strlen(t) 3
r1で確保されたサイズ 16
r2で確保されたサイズ 16
r3で確保されたサイズ 10240
r1 abcdef

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 1.5 文字列と文字定数 P10

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

この本ではC言語の特異性が論じられていてとても興味深いのですが、1.5もなかなかのインパクトでした。

単一引用符で1文字を囲むとASCIIコードになり、二重引用符で囲むと文字列へのポインタになるというのは目からウロコでした。string型は*が付いていなくてもポインタとしての性質を持つということになりますね。

今使っているclangコンパイラでは単一引用符で1文字を囲むとcharになり、複数文字を囲むとintつまりASCIIコードになります。

普段文字列を囲むときは二重引用符しか使いませんが、あえて単一引用符を使うと以下のようなコンパイルエラーになります。

int main() {
    string str1 = 'a';
    string str2 = 'abc';

    cout << "str1 " << str1 << endl;
    cout << "str2 " << str2 << endl;

    printf('a\n');

    return 0;
}
--------------------------------------------------
コンパイルエラー内容
--------------------------------------------------
src/test.cpp:4:12: error: no viable conversion from 'char' to 'std::string' (aka 'basic_string<char>')
    string str1 = 'a';
           ^      ~~~
src/test.cpp:5:12: error: no viable conversion from 'int' to 'std::string' (aka 'basic_string<char>')
    string str2 = 'abc';
           ^      ~~~~~
src/test.cpp:10:5: error: no matching function for call to 'printf'
    printf('a\n');
    ^~~~~~
/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/stdio.h:170:6: note: candidate function not viable: no known conversion from 'int' to 'const char *' for 1st argument
int      printf(const char * __restrict, ...) __printflike(1, 2);
         ^

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 1.4 整数定数 P9 番外 : 2進数への変換

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

本の内容とは関係ないのですが、C++で10進数から2進数へ変換してみました。

参考にしたDelftStackのレファレンスサイトが思いっきり間違っていたので驚きました。弘法も筆の誤りとはこのことでしょうか。

#include <cppstd.h>

string toBinary(int n)
{
    string r;
    while (n != 0){
        r = ( n % 2 == 0 ? "0" : "1" ) + r; // 参考サイトでは末尾に結合(正しくは先頭に結合)
        cout << "r: " << r.c_str() << endl;
        n /= 2;
    }
    return r;
}

int main() {
    int number = 50;
    
    string bin = toBinary(number);

    cout << "decimal: " << number << endl;
    cout << "binary : " << bin << endl;

    return 0;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
r: 0
r: 10
r: 010
r: 0010
r: 10010
r: 110010
decimal: 50
binary : 110010

参考サイト

[C/C++] Cプログラミングの落とし穴 1.4 整数定数 P9 番外:シフト演算

『Cプログラミングの落とし穴』(A.コーニグ, 1990)
[M1 Mac, Big Sur 11.6.8, clang 13.0.0, NO IDE]

本を読んでいるとシフト演算のことが思い浮かんだので寄り道します。

シフト演算が掛け算を工数の少ない足し算に変換できるため早く計算できるというのは一応理解できますが、どういった足し算が最良なのかを見出す工数が勘定されていません。

例えば10倍の場合は、2^3 = 8と2^1= 2なので8倍と2倍の和になります。これが10000倍だったら2のベキ乗数の組み合わせがどうなるのかすぐには分かりません(後述していますが組み合わせは簡単に分かります)。

とりあえず50倍にする場合の2のベキ乗数の組み合わせをC++のプログラムで算出してみました。

int main()
{   
    int x = 50;
    int x2, x3;
    int i2;
    bool finished = false; 

    int i = 0;
    vector<int> pow_list; 
    while(1){
        int num1 = std::pow(2, i);
        cout << "num1 " << num1 << endl;
        if (num1 > x){
            pow_list.push_back(i-1);
            x2 = x - pow(2,i-1);
            cout << "x2 " << x2 << endl;

            
            while(1){
                int num2 = std::pow(2, i2);
                cout << "num2 " << num2 << endl;
                if (num2 > x2){
                    pow_list.push_back(i2-1);
                    x3 = x2 - pow(2,i2-1);
                    cout << "x3 " << x3 << endl;

                    finished = true;
                    break;
                } else {
                    i2 += 1;
                }
            }
        } else {
            i += 1;
        }

        if (finished) {
            break;
        }

    }

    cout << "i " << i << endl;
    cout << "i2 " << i2 << endl;
}
--------------------------------------------------
出力
--------------------------------------------------
num1 1
num1 2
num1 4
num1 8
num1 16
num1 32
num1 64
x2 18
num2 1
num2 2
num2 4
num2 8
num2 16
num2 32
x3 2 // 50から2^5と2^4を引いた残り
i 6 // 2^6は64なので50から最初に引く数字は2^5=32
i2 5 // 次に50-32=18から2^4=16を引く

// したがって50の内訳は2^5+2^4+2^1

プログラムにより50 = 2^5 + 2^4 + 2^1であることが分かります。

さらに大きい数字の場合はどうやって算出するのでしょうか。

ここまで書いて、50の2進数が110010だから一目瞭然だということに気が付きました。大きな数字であっても2進数を見れば分かります。もっと早く気付くべきでした。

今度は2進数への変換が演算としてどうなっているのか気になってきました。