如何标记C++函数会修改所有CPU寄存器，令调用方仅保存必要寄存器？

问题解答 #

关于你观察到的编译现象 #

你看到的结果完全符合x86平台主流调用约定的规则，以Linux/macOS默认的System V AMD64调用约定为例，寄存器分为两类：

• 调用者保存寄存器（易失寄存器）：包括rax、rcx、rdx、rsi、rdi、r8~r11以及所有xmm/ymm/zmm等SIMD/FPU寄存器。按照约定，被调函数可以直接修改这类寄存器，不需要恢复原值。如果调用方需要保留这些寄存器的值，必须自行在调用前保存、调用后恢复。
• 被调用者保存寄存器（非易失寄存器）：包括rbx、rbp、r12~r15。按照约定，被调函数如果要使用这类寄存器，必须先在函数入口压栈保存，返回前弹出恢复，这就是你实验里看到Clang在modify函数内部自动保存这几个寄存器的原因——你在汇编的clobber列表声明了会修改它们，编译器必须遵守调用约定处理。

核心需求的实现方案 #

你希望标记函数会修改所有寄存器、让调用方仅保存自身用到的寄存器，不需要被调函数做保存操作，目前主流编译器没有提供你假想的__attribute__((modifies_all_registers))这类直接属性，但可以通过以下方式实现：

1. 默认约定已经覆盖易失寄存器场景：编译器默认所有非内联外部函数都会修改全部易失寄存器，如果调用方后续需要用到这类寄存器的值，会自动在调用前完成保存，不需要你额外添加标记。
2. 内联包装调用实现全寄存器标记：如果你需要让调用方连非易失寄存器也自动按需保存，可以把函数调用包装为带完整clobber列表的内联汇编，示例如下：

// 你的外部函数声明
extern void your_func();

// 调用包装
__attribute__((always_inline)) void call_your_func() {
    asm volatile(
        "call %0"
        :
        : "i"(your_func)
        : "rax", "rbx", "rcx", "rdx", "rsi", "rdi", "rbp", "rsp",
          "r8", "r9", "r10", "r11", "r12", "r13", "r14", "r15",
          "xmm0", "xmm1", "xmm2", "xmm3", "xmm4", "xmm5", "xmm6", "xmm7",
          "xmm8", "xmm9", "xmm10", "xmm11", "xmm12", "xmm13", "xmm14", "xmm15",
          "ymm0", "ymm1", "ymm2", "ymm3", "ymm4", "ymm5", "ymm6","ymm7",
          "ymm8", "ymm9", "ymm10", "ymm11", "ymm12", "ymm13", "ymm14", "ymm15",
          "zmm0", "zmm1", "zmm2", "zmm3", "zmm4", "zmm5", "zmm6", "zmm7",
          "zmm8", "zmm9", "zmm10", "zmm11", "zmm12", "zmm13", "zmm14", "zmm15",
          "memory"
    );
}

编译器在展开这个内联汇编时，会自动判断当前上下文用到了哪些clobber列表里的寄存器，仅保存这部分寄存器，完全符合你要的性能最优的需求。
3. MSVC平台的对应方案：MSVC没有GCC/Clang的内联汇编clobber语法，你可以用_ReadWriteBarrier配合自定义调用约定，或者直接用汇编包裹调用逻辑手动处理寄存器保存。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Arty