从 OCaml 调用 C/汇编函数比使用 caml_c_call 更直接

Question

OCaml 允许从 OCaml 程序调用 C 函数，只要程序员遵循手册“C 与 OCaml 的接口”一章中的说明即可。

当遵循这些指令时，对 C 函数的调用会被本机编译器翻译为：（

    movq    ml_as_z_sub@GOTPCREL(%rip), %rax
    call    caml_c_call@PLT

此处为 amd64 指令集，但看看其他体系结构，该方案似乎相当统一）。

函数caml_c_call最终会执行一次计算跳转call *%rax，但它之前和之后做了很多事情。来自asmrun/amd64.S：

/* Call a C function from Caml */

FUNCTION(G(caml_c_call))
.Lcaml_c_call:
    /* Record lowest stack address and return address */
        popq    %r12
        STORE_VAR(%r12, caml_last_return_address)
        STORE_VAR(%rsp, caml_bottom_of_stack)
    /* Make the exception handler and alloc ptr available to the C code */
        STORE_VAR(%r15, caml_young_ptr)
        STORE_VAR(%r14, caml_exception_pointer)
    /* Call the function (address in %rax) */
        call    *%rax
    /* Reload alloc ptr */
        LOAD_VAR(caml_young_ptr, %r15)
    /* Return to caller */
        pushq   %r12
        ret

当一个人想要频繁执行几条既不分配也不引发异常的指令时，上面的内容有点矫枉过正。

有人有直接从 OCaml 调用小型汇编例程而不通过 caml_c_call 存根的经验吗？这可能涉及欺骗本机编译器，使其认为它正在调用 ML 函数，或修改编译器。

问题是在 Zarith 库的上下文中，其中少量的汇编代码可以直接计算并返回大多数结果，而无需经过 caml_c_call，并且只需跳转到 caml_c_code > 对于需要分配或例外的困难参数。有关示例，请参阅此文件可以直接执行的汇编位。

Answer 1

也许"noalloc"和"float “能有点用处吗？

PS 更多相关链接。

Answer 2

如果您调用的函数可以用汇编语言编写，那么您似乎不会介意 OCaml 函数调用的开销。我刚刚做了一些实验，您可以通过我上面概述的方法来做到这一点。

这就是我所做的。为了获得可行的汇编语言模板，我在 OCaml 中定义了一个简单的函数，并使用 -S 标志进行编译。

$ cat sep.ml
let addto x = x + 1
$ /usr/local/ocaml312/bin/ocamlopt -inline 0 -c -S sep.ml

注意：您需要指定 -inline 0 以确保 ocamlopt 从生成的 .o 文件中获取代码，而不是从 .cmx 文件中的内联定义中获取代码。

现在您有一个名为 sep.s 的文件。 addto 函数看起来像这样（非常好
代码，实际上）：

_camlSep__addto_1030:
.L100:
        addq    $2, %rax
        ret

只是为了测试，我将 2（代表 OCaml 中的 1）更改为 4（代表 OCaml 中的 2）。现在您已经：

_camlSep__addto_1030:
.L100:
        addq    $4, %rax
        ret

现在组装此文件，生成 sep.o 的异常版本。

$ as -o sep.o sep.s

本质上，您已经欺骗 ocamlopt 将 sep.o 中的代码视为在 OCaml 中编码。但是您可以自己用汇编语言编写代码（如果您小心不要违反任何体系结构假设）。

您可以将其链接到主程序并运行它：

$ cat main.ml
let main () =
    Printf.printf "%d\n" (Sep.addto 19)

let () = main ()
$ /usr/local/ocaml312/bin/ocamlopt -o main sep.cmx main.ml
$ main
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如您所见，它运行修改后的汇编代码。

您可以按照此过程在中创建任何 OCaml 可调用函数
汇编代码。只要您不介意 OCaml 函数调用的开销，这种方法就可能满足您的需求。

我不知道这种技巧将如何影响调试和垃圾收集的处理，因此我不会使用执行任何分配的函数来尝试此操作。

这些测试使用 OCaml 3.12.0（标准 64 位版本）在 Mac OS X 10.6.8 上运行。当我运行“as”时，我正在运行 Xcode 4.0.2 中的库存 OS X 汇编器，默认情况下使用 x86_64 架构。

Answer 3

在我看来，欺骗编译器认为它正在调用 OCaml 函数并没有帮助，除非你也欺骗它内联调用。据我通过仔细阅读源代码了解到，内联函数是用称为 Ulambda 代码的代码表示的，而 Ulambda 代码又包含原语。因此，无论如何，这种思路都会导致为 Zarith 操作添加原语。如果您这样做，您就有了一个很好的（一点也不棘手）解决方案，但它可能比您想要做的工作更多。

对于一个非常棘手的方法，您可以尝试对生成的 asm 代码进行后处理以删除函数调用并用内联代码替换它们。这种伎俩已经用过很多次了。它通常不会持续很长时间，但对于短期来说可能就足够了。
为此，您只需为 OCaml 编译器提供要运行的不同汇编器的名称，该汇编器会在汇编之前进行修改。