assembly-x86

x86-64 アセンブリ

目的

コンパイラーの出力の読み方、ABI の理解、インラインアセンブリの記述、一般的なパターンについて、エージェントをガイドします。

トリガー

• 「GCC が生成したアセンブリはどのように読めばよいですか？」
• 「x86-64 のレジスターには何がありますか？」
• 「Linux/macOS の呼び出し規約は何ですか？」
• 「C でインラインアセンブリを書くにはどうすればよいですか？」
• 「SSE/AVX のイントリンシックはどう使えばよいですか？」
• 「このアセンブリには %rsp / %rbp が使われていますが、どういう意味ですか？」

ワークフロー

1. アセンブリを生成して読む

# AT&T syntax (GCC default)
gcc -S -O2 -fverbose-asm foo.c -o foo.s

# Intel syntax
gcc -S -masm=intel -O2 foo.c -o foo.s

# From GDB
(gdb) disassemble /s main    # with source
(gdb) x/20i $rip

# From objdump
objdump -d -M intel -S prog  # Intel + source (needs -g)

2. x86-64 のレジスター

64-bit	32-bit	16-bit	8-bit high	8-bit low	用途
%rax	%eax	%ax	%ah	%al	戻り値／アキュムレーター
%rbx	%ebx	%bx	%bh	%bl	呼び出し先保存
%rcx	%ecx	%cx	%ch	%cl	第 4 引数／カウント
%rdx	%edx	%dx	%dh	%dl	第 3 引数／第 2 戻り値
%rsi	%esi	%si	—	%sil	第 2 引数
%rdi	%edi	%di	—	%dil	第 1 引数
%rbp	%ebp	%bp	—	%bpl	フレームポインター（呼び出し先保存）
%rsp	%esp	%sp	—	%spl	スタックポインター
%r8–%r11	%r8d–%r11d	%r8w–%r11w	—	%r8b–%r11b	第 5～第 8 引数／呼び出し元保存
%r12–%r15	%r12d–%r15d	%r12w–%r15w	—	%r12b–%r15b	呼び出し先保存
%rip					命令ポインター
%rflags	%eflags				ステータスフラグ
%xmm0–%xmm7					浮動小数点／SIMD の引数と戻り値
%xmm8–%xmm15					呼び出し元保存の SIMD レジスター
%ymm0–%ymm15					AVX 256 ビット
%zmm0–%zmm31					AVX-512 512 ビット

3. System V AMD64 ABI（Linux、macOS、FreeBSD）

整数／ポインター引数レジスター（順番）： %rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8, %r9

浮動小数点引数レジスター： %xmm0–%xmm7

戻り値：

• 整数：%rax（下位）、%rdx（128 ビットの場合は上位）
• 浮動小数点数：%xmm0（下位）、%xmm1（上位）

呼び出し元保存（スクラッチ）： %rax, %rcx, %rdx, %rsi, %rdi, %r8–%r11, %xmm0–%xmm15

呼び出し先保存（保持必須）： %rbx, %rbp, %r12–%r15

スタック： call の前に 16 バイト境界に整列します。call は 8 バイトをプッシュするため、プロローグ後の関数エントリー時には 16 バイト境界に整列します。

レッドゾーン： %rsp より下の 128 バイトは、リーフ関数が %rsp を調整せずに使用できます。カーネル／シグナルハンドラーでは使用できません。

4. 一般的な命令パターン

パターン	意味
mov %rdi, %rax	rdi を rax にコピー
mov (%rdi), %rax	rdi のアドレスから 8 バイトを読み込む
mov %rax, 8(%rdi)	rax を rdi+8 に格納
lea 8(%rdi), %rax	実効アドレス rdi+8 を rax に読み込む（メモリーアクセスなし）
push %rbx	rbx をプッシュ。rsp -= 8
pop %rbx	rbx にポップ。rsp += 8
call foo	戻り先アドレスをプッシュし、foo にジャンプ
ret	戻り先アドレスをポップし、そこへジャンプ
xor %eax, %eax	rax をゼロにする（mov $0, %rax より短いエンコーディング）
test %rax, %rax	rax == 0 の場合に ZF をセット（cmp $0, %rax より低コスト）
cmp $5, %rdi	rdi - 5 の結果に応じてフラグをセット
jl label	符号付き比較で小さい場合にジャンプ

5. AT&T 構文と Intel 構文

特徴	AT&T	Intel
オペランドの順序	ソース、デスティネーション	デスティネーション、ソース
レジスターの接頭辞	%rax	rax
即値の接頭辞	$42	42
メモリーオペランド	8(%rdi)	[rdi+8]
サイズ接尾辞	movl、movq	—（推論される）

GCC はデフォルトで AT&T 構文を出力します。Intel 構文を使うには -masm=intel を指定します。

6. インラインアセンブリ（GCC の拡張 asm）

// Basic: increment a register
int x = 5;
__asm__ volatile (
    "incl %0"
    : "=r"(x)   // outputs: =r means write-only register
    : "0"(x)    // inputs: 0 means same as output 0
    : // clobbers: none
);

// CPUID example
uint32_t eax, ebx, ecx, edx;
__asm__ volatile (
    "cpuid"
    : "=a"(eax), "=b"(ebx), "=c"(ecx), "=d"(edx)
    : "a"(1)    // input: leaf 1
);

// Atomic increment
static inline int atomic_inc(volatile int *p) {
    int ret;
    __asm__ volatile (
        "lock; xaddl %0, %1"
        : "=r"(ret), "+m"(*p)
        : "0"(1)
        : "memory"
    );
    return ret + 1;
}

制約コード：

• "r" — 任意の汎用レジスター
• "m" — メモリーオペランド
• "i" — 即値整数
• "a"、"b"、"c"、"d" — 特定のレジスター（%rax、%rbx、%rcx、%rdx）
• "=" 接頭辞 — 出力（書き込み専用）
• "+" 接頭辞 — 読み書き
• "memory" clobber — メモリーが変更される可能性があることをコンパイラーに伝える（バリア）

7. SSE/AVX 組み込み関数（インラインアセンブリより推奨）

#include <immintrin.h>   // includes all x86 SIMD headers

// Add 8 floats at once with AVX
__m256 a = _mm256_loadu_ps(arr_a);   // load 8 floats (unaligned)
__m256 b = _mm256_loadu_ps(arr_b);
__m256 c = _mm256_add_ps(a, b);
_mm256_storeu_ps(result, c);

コンパイル時に CPU サポートを確認します：-mavx2 または -march=native。 実行時に確認します：__builtin_cpu_supports("avx2")。

レジスターと命令の完全なリファレンスについては、references/reference.md を参照してください。

関連スキル

• AArch64/ARM アセンブリには skills/low-level-programming/assembly-arm を使用します
• -S -masm=intel フラグの詳細については skills/compilers/gcc を使用します
• アセンブリをステップ実行するには（si、ni、x/i）、skills/debuggers/gdb を使用します