
    C++用x86(IA-32), x64(AMD64, x86-64) JITアセンブラ Xbyak 4.21

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◎概要

これはx86, x64(AMD64, x86-64)のマシン語命令を生成するC++のクラスライブラリです。
プログラム実行時に動的にアセンブルすることが可能です。

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◎特徴

・ヘッダファイルオンリー
    xbyak.hをインクルードするだけですぐ利用することができます。
    C++の枠組み内で閉じているため、外部アセンブラは不要です。
    32bit/64bit両対応です。
    対応ニーモニック:特権命令除くx86, MMX/MMX2/SSE/SSE2/SSE3/SSSE3/SSE4/FPU(一部)/AVX/AVX2/FMA/VEX-encoded GPR

・Windows Xp(32bit, 64bit), Windows 7/Linux(32bit, 64bit)/Intel Mac対応
    Windows Xp, Windows 7上ではVC2008, VC2010, VC2012
    Linux (kernel 3.8)上ではgcc 4.7.3, clang 3.3
    Intel Mac
    などで動作確認をしています。

※ Xbyakはデフォルトでand(), or(), xor(), not()関数を使います。
gccではそれらを演算子として解釈してしまうため、-fno-operator-namesオプションを追加してコンパイルしてください。
あるいはXBYAK_NO_OP_NAMESを定義してand_(), or_(), xor_(), not_()を使ってください。
and_(), or_(), xor_(), not_()はXBYAK_NO_OP_NAMESされていないときでも使えます。

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◎準備
xbyak.h
xbyak_bin2hex.h
xbyak_mnemonic.h
これらを同一のパスに入れてインクルードパスに追加してください。

Linuxではmake installで/usr/local/include/xbyakにコピーされます。
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◎下位互換性の破れ
* Xbyak::Errorの型をenumからclassに変更
** 従来のenumの値をとるにはintにキャストしてください。
* (古い)Reg32eクラスを(新しい)Reg32eとRegExpに分ける。
** (新しい)Reg32eはReg32かReg64
** (新しい)RegExpは'Reg32e + (Reg32e|Xmm|Ymm) * scale + disp'の型

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◎新機能

AutoGrowモード追加
これはメモリ伸長を動的に行うモードです。
今まではXbyak::CodeGenerator()に渡したメモリサイズを超えると例外が発生して
いましたが、このモードでは内部でメモリを再確保して伸長します。
ただし、getCode()を呼び出す前にジャンプ命令のアドレス解決をするためにready()
関数を呼ぶ必要があります。

次のように使います。

 struct Code : Xbyak::CodeGenerator {
   Code()
     : Xbyak::CodeGenerator(<default memory size>, Xbyak::AutoGrow)
   {
      ...
   }
 };
 Code c;
 c.ready(); // この呼び出しを忘れてはいけない

注意1. ready()を呼んで確定するまではgetCurr()で得たポインタは無効化されている
可能性があります。getSize()でoffsetを保持しておきready()のあとにgetCode()を
呼び出してからgetCode() + offsetで新しいポインタを取得してください。

注意2. AutoGrowモードでは64bitモードの相対アドレッシング[rip]は非サポートです。

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◎文法

Xbyak::CodeGeneratorクラスを継承し、そのクラスメソッド内でx86, x64アセンブラを
記述します。そのメソッドを呼び出した後、getCode()メソッドを呼び出し、その戻
り値を自分が使いたい関数ポインタに変換して利用します。アセンブルエラーは例外
により通知されます(cf. main.cpp)。

・基本的にnasmの命令で括弧をつければよいです。

mov eax, ebx  --> mov(eax, ebx);
inc ecx           inc(ecx);
ret           --> ret();

・アドレッシング

(ptr|dword|word|byte) [base + index * (1|2|4|8) + displacement]
                      [rip + 32bit disp] ; x64 only
という形で指定します。サイズを指定する必要がない限りptrを使えばよいです。
セレクタはサポートしていません。

mov eax, [ebx+ecx] --> mov (eax, ptr[ebx+ecx]);
test byte [esp], 4 --> test (byte [esp], 4);

(注意) dword, word, byteはメンバ変数です。従ってたとえばunsigned intの
つもりでdwordをtypedefしないでください。

・AVX

大抵の3オペランド形式の命令はデスティネーションを省略した形で呼び出すことができます。
FMAについては簡略表記を導入するか検討中です(アイデア募集中)。

vaddps(xmm1, xmm2, xmm3); // xmm1 <- xmm2 + xmm3
vaddps(xmm2, xmm3); // xmm2 <- xmm2 + xmm3
vaddps(xmm2, xmm3, ptr [rax]); // メモリアクセスはptrで

vfmadd231pd(xmm1, xmm2, xmm3); // xmm1 <- (xmm2 * xmm3) + xmm1

・ラベル

L(文字列);
で定義します。ジャンプするときはその文字列を指定します。後方参照も可能ですが、
相対アドレスが8ビットに収まらない場合はT_NEARをつけないと実行時に例外が発生
します。
mov(eax, "L2");の様にラベルが表すアドレスをmovの即値として使えます。

・hasUndefinedLabel()を呼び出して真ならジャンプ先が存在しないことを示します。
コードを見直してください。

L("L1");
    jmp ("L1");

    jmp ("L2");
    ...
    少しの命令の場合。
    ...
L("L2");

    jmp ("L3", T_NEAR);
    ...
    沢山の命令がある場合
    ...
L("L3");

<応用編>

1. MASMライクな@@, @f, @bをサポート

  L("@@"); // <A>
  jmp("@b"); // jmp to <A>
  jmp("@f"); // jmp to <B>
  L("@@"); // <B>
  jmp("@b"); // jmp to <B>
  mov(eax, "@b");
  jmp(eax); // jmp to <B>

2. ラベルの局所化

ピリオドで始まるラベルをinLocalLabel(), outLocalLabel()で挟むことで局所化できます。
inLocalLabel(), outLocalLabel()は入れ子にすることができます。

void func1()
{
    inLocalLabel();
   L(".lp"); // <A> ; ローカルラベル
    ...
    jmp(".lp"); // jmpt to <A>
   L("aaa"); // グローバルラベル
    outLocalLabel();
}

void func2()
{
    inLocalLabel();
    L(".lp"); // <B> ; ローカルラベル
    func1();
    jmp(".lp"); // jmp to <B>
    outLocalLabel();
}

上記サンプルではinLocalLabel(), outLocalLabel()が無いと、
".lp"ラベルの二重定義エラーになります。

・Xbyak::CodeGenerator()コンストラクタインタフェース

@param maxSize [in] コード生成最大サイズ(デフォルト2048byte)
@param userPtr [in] ユーザ指定メモリ

CodeGenerator(size_t maxSize = DEFAULT_MAX_CODE_SIZE, void *userPtr = 0);

デフォルトコードサイズは4096(=DEFAULT_MAX_CODE_SIZE)バイトです。
それより大きなコードを生成する場合はCodeGenerator()のコンストラクタに指定してください。

class Quantize : public Xbyak::CodeGenerator {
public:
    Quantize()
        : CodeGenerator(8192)
    {
    }
    ...
};

またユーザ指定メモリをコード生成最大サイズと共に指定すると、CodeGeneratorは
指定されたメモリ上にバイト列を生成します。

補助関数として指定されたアドレスの実行属性を変更するCodeArray::protect()と
与えられたポインタからアライメントされたポインタを取得するCodeArray::getAlignedAddress()
も用意しました。詳細はsample/test0.cppのuse memory allocated by userを参考に
してください。

/**
    change exec permission of memory
    @param addr [in] buffer address
    @param size [in] buffer size
    @param canExec [in] true(enable to exec), false(disable to exec)
    @return true(success), false(failure)
*/
bool CodeArray::protect(const void *addr, size_t size, bool canExec);

/**
    get aligned memory pointer
*/
uint8 *CodeArray::getAlignedAddress(uint8 *addr, size_t alignedSize = ALIGN_SIZE);

その他詳細は各種サンプルを参照してください。
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◎マクロ

32bit環境上でコンパイルするとXBYAK32が、64bit環境上でコンパイルするとXBYAK64が
定義されます。さらに64bit環境上ではWindows(VC)ならXBYAK64_WIN、cygwin, gcc上では
XBYAK64_GCCが定義されます。

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◎使用例

test0.cpp ; 簡単な例(x86, x64)
quantize.cpp ; 割り算のJITアセンブルによる量子化の高速化(x86)
calc.cpp ; 与えられた多項式をアセンブルして実行(x86, x64)
           boost(http://www.boost.org/)が必要
bf.cpp ; JIT Brainfuck(x86, x64)

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◎注意

MMX/SSE命令はほぼ全て実装されていますが、3D Now!命令や、一部の特殊な
命令は現時点では実装されていません。FPUの80bit浮動小数はサポートしていません。

何かご要望があればご連絡ください。

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◎ライセンス

修正された新しいBSDライセンスに従います。
http://opensource.org/licenses/BSD-3-Clause

sample/{echo,hello}.bfは http://www.kmonos.net/alang/etc/brainfuck.php から
いただきました。

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◎履歴

2013/10/16 ver 4.21 ラベルでstd::stringを受け付ける。
2013/07/30 ver 4.20 [break backward compatibility] 従来のReg32eクラスをアドレッシング用のRegExpとReg32, Reg64を表すReg32eに分離
2013/07/04 ver 4.10 [break backward compatibility] Xbyak::Errorの型をenumからclassに変更
2013/06/21 ver 4.02 LABELの指すアドレスを書き込むputL(LABEL)関数の追加。
2013/06/21 ver 4.01 vpsllw, vpslld, vpsllq, vpsraw, vpsrad, vpsrlw, vpsrld, vpsrlq support (ymm, ymm, xmm)
                    support vpbroadcastb, vpbroadcastw, vpbroadcastd, vpbroadcastq(thanks to Gabest)
2013/05/30 ver 4.00 AVX2, VEX-encoded GPR-instructionをサポート
2013/03/27 ver 3.80 mov(reg, "label");をサポート
2013/03/13 ver 3.76 cqo, jcxz, jecxz, jrcxz追加
2013/01/15 ver 3.75 生成されたコードを修正するためにsetSize()を追加
2013/01/12 ver 3.74 CodeGenerator::reset()とAllocator::useProtect()を追加
2013/01/06 ver 3.73 可能ならunordered_mapを使う
2012/12/04 ver 3.72 eaxなどをCodeGeneratorのメンバ変数に戻す. Xbyak::util::eaxはstatic const変数
2012/11/17 ver 3.71 and_(), or_(), xor_(), not_()をXBYAK_NO_OP_NAMESが定義されていないときでも使えるようにした
2012/11/17 CodeGeneratorのeax, ecx, ptrなどのメンバ変数をstaticにし、const参照をXbyak::utilにも定義
2012/11/09 ver 3.70 and()をand_()にするためのマクロXBYAK_NO_OP_NAMESを追加(thanks to Mattias)
2012/11/01 ver 3.62 add fwait/fnwait/finit/fninit
2012/11/01 ver 3.61 add fldcw/fstcw
2012/05/03 ver 3.60 Allocatorクラスのインタフェースを変更
2012/03/23 ver 3.51 userPtrモードがバグったのを修正
2012/03/19 ver 3.50 AutoGrowモードサポート
2011/11/09 ver 3.05 rip相対の64bitサイズ以外の扱いのバグ修正 / movsxdサポート
2011/08/15 ver 3.04 add(dword [ebp-8], 0xda);などにおけるimm8の扱いのバグ修正(thanks to lolcat)
2011/06/16 ver 3.03 Macのgcc上での__GNUC_PREREQがミスってたのを修正(thanks to t_teruya)
2011/04/28 ver 3.02 Macのgcc上ではxgetbvをdisable
2011/03/24 ver 3.01 fix typo of OSXSAVE
2011/03/23 ver 3.00  vcmpeqpsなどを追加
2011/02/16 ver 2.994 beta add vmovq for 32-bit mode(I forgot it)
2011/02/16 ver 2.993 beta remove cvtReg to avoid thread unsafe
2011/02/10 ver 2.992 beta support one argument syntax for fadd like nasm
2011/02/07 ver 2.991 beta fix pextrw reg, xmm, imm(Thanks to Gabest)
2011/02/04 ver 2.99 beta support AVX
2010/12/08 ver 2.31 fix ptr [rip + 32bit offset], support rtdscp
2010/10/19 ver 2.30 support pclmulqdq, aesdec, aesdeclast, aesenc, aesenclast, aesimc, aeskeygenassist
2010/07/07 ver 2.29 fix call(<label>)
2010/06/17 ver 2.28 move some member functions to public
2010/06/01 ver 2.27 support encoding of mov(reg64, imm) like yasm(not nasm)
2010/05/24 ver 2.26 fix sub(rsp, 1000)
2010/04/26 ver 2.25 add jc/jnc(I forgot to implement them...)
2010/04/16 ver 2.24 change the prototype of rewrite() method
2010/04/15 ver 2.23 fix align() and xbyak_util.h for Mac
2010/02/16 ver 2.22 fix inLocalLabel()/outLocalLabel()
2009/12/09 ver 2.21 support cygwin(gcc 4.3.2)
2009/11/28 ver 2.20 FPUの一部命令サポート
2009/06/25 ver 2.11 64bitモードでの mov(qword[rax], imm); 修正(thanks to Martinさん)
2009/03/10 ver 2.10 jmp/call reg64の冗長なREG.W削除
2009/02/24 ver 2.09 movq reg64, mmx/xmm; movq mmx/xmm, reg64追加
2009/02/13 ver 2.08 movd(xmm7, dword[eax])が0x66を落とすバグ修正(thanks to Gabestさん)
2008/12/30 ver 2.07 call()の相対アドレスが8bit以下のときのバグ修正(thanks to katoさん)
2008/09/18 ver 2.06 @@, @f, @bとラベルの局所化機能追加(thanks to nobu-qさん)
2008/09/18 ver 2.05 ptr [rip + 32bit offset]サポート(thanks to 団子厨(Dango-Chu)さん)
2008/06/03 ver 2.04 align()のポカミス修正。mov(ptr[eax],1);などをエラーに
2008/06/02 ver 2.03 ユーザ定義メモリインタフェースサポート
2008/05/26 ver 2.02 protect()(on Linux)で不正な設定になることがあるのを修正(thanks to sinichiro_hさん)
2008/04/30 ver 2.01 cmpxchg16b, cdqe追加
2008/04/29 ver 2.00 x86/x64-64版公開
2008/04/25 ver 1.90 x64版β公開
2008/04/18 ver 1.12 コード整理
2008/04/14 ver 1.11 コード整理
2008/03/12 ver 1.10 bsf/bsr追加(忘れていた)
2008/02/14 ver 1.09 sub eax, 1234が16bitモードで出力されていたのを修正(thanks to Robertさん)
2007/11/05 ver 1.08 lock, xadd, xchg追加
2007/11/02 ver 1.07 SSSE3/SSE4対応(thanks to 団子厨(Dango-Chu)さん)
2007/09/25 ver 1.06 call((int)関数ポインタ); jmp((int)関数ポインタ);のサポート
2007/08/04 ver 1.05 細かい修正
2007/02/04 後方へのジャンプでT_NEARをつけないときに8bit相対アドレスに入らない
           場合に例外が発生しないバグの修正
2007/01/21 [disp]の形のアドレス生成のバグ修正
           mov (eax|ax|al, [disp]); mov([disp], eax|ax|al);の短い表現選択
2007/01/17 webページ作成
2007/01/04 公開開始

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◎著作権者

光成滋生(MITSUNARI Shigeo, herumi at nifty dot com)

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$Revision: 1.56 $
$Date: 2010/04/16 11:58:22 $