__vectorcall

[アーティクル]
06/09/2015

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__vectorcall 呼び出し規約は、可能な場合に、関数への引数をレジスタに渡すことを指定します。 __vectorcall は、__fastcall や既定の x64 呼び出し規約よりも多くの引数用レジスタを使用します。 __vectorcall の呼び出し規約は、SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2) 以上が搭載された x86 および x64 プロセッサのネイティブコードでのみサポートされます。 __vectorcall は、関数が複数の浮動小数点または SIMD ベクターの引数を渡し、レジスタに読み込んだ引数を利用して演算を実行する場合に、その関数の処理を高速化するために使用します。次の一覧では、__vectorcall の x86 と x64 の実装に共通の機能を示します。相違点については、このトピックで後ほど説明します。

要素	実装
C の名前装飾規約	関数名には、2 つの "アット" マーク (@@) とそれに続くパラメーターリストのバイト数 (10 進数) がサフィックスとして付けられます。
大文字と小文字の変換規約	大文字小文字は変換されません。

/Gv コンパイラオプションを使用すると、関数がメンバー関数でなく、競合する呼び出し規約の属性によって宣言されておらず、vararg 可変個引数リストを使用せず、かつ関数名が main でない場合、モジュールの各関数が __vectorcall としてコンパイルされます。

__vectorcall 関数でレジスタによって渡すことができる引数は、整数型の値、ベクター型の値、および同種小数点の集計 (HVA) の値の 3 種類です。

整数型は、2 つの条件を満たしています。まずプロセッサのネイティブなレジスタサイズ (たとえば、x86 コンピューターでは 4 バイト、x64 コンピューターでは 8 バイト) に収まります。また、そのビット表現を変更せずにレジスタ長の整数値に変換し、再度元に戻すことができます。たとえば、x86 の int (x64 では long long) に昇格できる型 (char や short)、または int (x64 では long long) にキャストした後、変更せずに元の型に復帰できる型はすべて整数型です。整数型には、ポインター、参照のほか、4 バイト以下 (x64 では 8 バイト以下) の struct 型や union 型が含まれます。それを超えるサイズの struct 型と union 型は、x64 プラットフォームでは、呼び出し元が割り当てたメモリに、参照によって渡されます。x86 プラットフォームでは、スタックの値によって渡されます。

ベクター型は、浮動小数点型 (たとえば、float や double)、または SIMD ベクター型 (たとえば、__m128 や __m256) です。

HVA 型は、同一のベクター型を持つ最大 4 個のデータメンバーから成る複合型です。 HVA 型のアラインメント要件は、そのメンバーのベクター型のアラインメント要件と同じになります。次の例は、同一のベクター型を 3 個含み、32 バイトのアラインメントを持つ HVA struct 定義を示しています。

typedef struct {
   __m256 x;
   __m256 y;
   __m256 z;
} hva3;    // 3 element HVA type on __m256

ヘッダーファイルで __vectorcall キーワードを使用して関数を明示的に宣言すると、個別にコンパイルされたコードをエラーなしでリンクできます。関数は __vectorcall を使用するようにプロトタイプ宣言される必要があり、vararg の可変長の引数リストは使用できません。

メンバー関数は __vectorcall 指定子を使用して宣言される場合があります。非表示の this ポインターは、最初の整数型の引数としてレジスタで渡されます。

ARM コンピューターでは、__vectorcall がコンパイラによって受け入れられたり、無視されたりします。

静的でないクラスのメンバー関数が行外で宣言されている場合、行外の宣言で呼び出し規約の修飾子を指定する必要はありません。つまり、クラスの非静的なメンバーの場合は、宣言時に指定された呼び出し規約が定義の時点で仮定されます。次のクラス定義があるとします。

struct MyClass {
   void __vectorcall mymethod();
};

ここで、

void MyClass::mymethod() { return; }

は次の記述と同じです。

void __vectorcall MyClass::mymethod() { return; }

__vectorcall 関数へのポインターを作成したときは、__vectorcall 呼び出し規約を指定する必要があります。次の例では、4 個の double の引数を受け取り、1 個の __m256 の値を返す __vectorcall 関数へのポインターの typedef を作成しています。

typedef __m256 (__vectorcall * vcfnptr)(double, double, double, double);

x64 での __vectorcall 規約

x64 では、__vectorcall 呼び出し規約によって標準の x64 呼び出し規約が拡張され、追加のレジスタを利用できます。整数型引数とベクター型引数の両方が、引数リスト内の位置に基づいてレジスタにマップされます。 HVA 引数は、未使用のベクターレジスタに割り当てられます。

最初の 4 個の引数がすべて整数型引数の場合、それらの引数は左から順にその位置に対応するレジスタ (RCX、RDX、R8、R9) に渡されます。非表示の this ポインターは、最初の整数型引数として処理されます。最初の 4 個の引数のうちの 1 個が HVA 引数であって、使用可能なレジスタに渡すことができない場合は、その代わりに、呼び出し元が割り当てたメモリへの参照が、その引数に対応する整数型のレジスタに渡されます。 5 番目以降のパラメーター位置にある整数型引数は、スタックに渡されます。

最初の 6 個の引数がすべてベクター型引数の場合、それらの引数はその位置に従って、左から順に SSE ベクターレジスタの 0 ～ 5 に値で渡されます。浮動小数点型と __m128 型は XMM レジスタに渡され、__m256 型は YMM レジスタに渡されます。この点は標準の x64 呼び出し規約と異なり、ベクター型が参照渡しではなく値渡しされ、追加のレジスタが使用されます。ベクター型引数に割り当てられるシャドウスタック領域は 8 バイトの固定長で、/homeparams オプションは適用されません。 7 番目以降のパラメーター位置にあるベクター型引数は、呼び出し元が割り当てられたメモリへの参照によってスタックに渡されます。

ベクター引数にレジスタが割り当てられた後、HVA 全体を格納できる十分なレジスタがある場合いは、HVA 引数のデータメンバーが未使用のベクターレジスタの XMM0 ～ XMM5 (または __m256 型の場合は YMM0 ～ YMM5) に昇順に割り当てられます。十分なレジスタが使用できない場合、HVA 引数は、呼び出し元が割り当てたメモリへの参照によって渡されます。 HVA 引数用のスタックシャドウ領域は 8 バイトに固定され、内容は未定義です。 HVA の引数は、パラメーターリストの左から順にレジスタに割り当てられますが、任意の位置に割り当てることもできます。最初の 4 個の引数位置のいずれかに、ベクターレジスタに割り当てられていない HVA 引数がある場合、その位置に対応する整数レジスタに参照によって渡されます。 5 番目以降のパラメーター位置にあり、参照によって渡された HVA 引数はスタックにプッシュされます。

__vectorcall 関数の結果は、可能であれば、値によってレジスタに返されます。 8 バイト以下の構造体や共用体を含む整数型の結果は、値によって RAX に返されます。ベクター型の結果は、サイズに応じて XMM0 または YMM0 に値によって返されます。 HVA の結果は、要素のサイズに応じて、各データ要素がレジスタ XMM0:XMM3 またはレジスタ YMM0:YMM3 に値によって返されます。対応するレジスタに収まらない結果の型は、呼び出し元が割り当てたメモリへの参照によって返されます。

__vectorcall の x64 実装では、スタックは呼び出し元によって管理されます。呼び出された関数のためのスタックは、呼び出し元のプロローグコードとエピローグコードによって割り当てられ、クリアされます。引数はスタックで右から左へプッシュされます。レジスタに渡された引数には、シャドウスタック領域が割り当てられます。

次に例を示します。

// crt_vc64.c
// Build for amd64 with: cl /arch:AVX /W3 /FAs crt_vc64.c
// This example creates an annotated assembly listing in
// crt_vc64.asm.

#include <intrin.h>
#include <xmmintrin.h>

typedef struct {
   __m128 array[2];
} hva2;    // 2 element HVA type on __m128

typedef struct {
   __m256 array[4];
} hva4;    // 4 element HVA type on __m256

// Example 1: All vectors
// Passes a in XMM0, b in XMM1, c in YMM2, d in XMM3, e in YMM4.
// Return value in XMM0.
__m128 __vectorcall 
example1(__m128 a, __m128 b, __m256 c, __m128 d, __m256 e) {
   return d;
}

// Example 2: Mixed int, float and vector parameters
// Passes a in RCX, b in XMM1, c in R8, d in XMM3, e in YMM4, 
// f in XMM5, g pushed on stack. 
// Return value in YMM0.
__m256 __vectorcall 
example2(int a, __m128 b, int c, __m128 d, __m256 e, float f, int g) {
   return e;
}

// Example 3: Mixed int and HVA parameters
// Passes a in RCX, c in R8, d in R9, and e pushed on stack.
// Passes b by element in [XMM0:XMM1]; 
// b's stack shadow area is 8-bytes of undefined value. 
// Return value in XMM0.
__m128 __vectorcall example3(int a, hva2 b, int c, int d, int e) {
   return b.array[0];
}

// Example 4: Discontiguous HVA 
// Passes a in RCX, b in XMM1, d in XMM3, and e is pushed on stack.
// Passes c by element in [YMM0,YMM2,YMM4,YMM5], discontiguous because
// vector arguments b and d were allocated first. 
// Shadow area for c is an 8-byte undefined value.
// Return value in XMM0.
float __vectorcall example4(int a, float b, hva4 c, __m128 d, int e) {
   return b;
}

// Example 5: Multiple HVA arguments
// Passes a in RCX, c in R8, e pushed on stack.
// Passes b in [XMM0:XMM1], d in [YMM2:YMM5], each with 
// stack shadow areas of an 8-byte undefined value.
// Return value in RAX.
int __vectorcall example5(int a, hva2 b, int c, hva4 d, int e) {
   return c + e;
}

// Example 6: HVA argument passed by reference, returned by register
// Passes a in [XMM0:XMM1], b passed by reference in RDX, c in YMM2, 
// d in [XMM3:XMM4]. 
// Register space was insufficient for b, but not for d.
// Return value in [YMM0:YMM3].
hva4 __vectorcall example6(hva2 a, hva4 b, __m256 c, hva2 d) {
   return b;
}

int __cdecl main( void )
{
   hva4 h4;
   hva2 h2;
   int i;
   float f;
   __m128 a, b, d;
   __m256 c, e;

   a = b = d = _mm_set1_ps(3.0f);
   c = e = _mm256_set1_ps(5.0f);
   h2.array[0] = _mm_set1_ps(6.0f);
   h4.array[0] = _mm256_set1_ps(7.0f);

   b = example1(a, b, c, d, e);
   e = example2(1, b, 3, d, e, 6.0f, 7);
   d = example3(1, h2, 3, 4, 5);
   f = example4(1, 2.0f, h4, d, 5);
   i = example5(1, h2, 3, h4, 5);
   h4 = example6(h2, h4, c, h2);
}

x86 での __vectorcall 規約

__vectorcall 呼び出し規約は、32 ビット整数型引数に関する __fastcall 規約に従い、ベクター型と HVA の引数に対して SSE ベクターレジスタを利用します。

パラメーターリストの最初の 2 個の整数型引数は、左から順にそれぞれ ECX と EDX に配置されます。非表示の this ポインターは、最初の整数型引数として処理され、ECX に渡されます。最初の 6 個のベクター型引数は、SSE ベクターレジスタ 0 ～ 5 を介し、引数のサイズに応じて YMM または XMM レジスタに値によって渡されます。

最初の 6 個のベクター型引数は、左から順に SSE ベクターレジスタの 0 ～ 5 に値で渡されます。浮動小数点型と __m128 型は XMM レジスタに渡され、__m256 型は YMM レジスタに渡されます。シャドウスタック領域は、レジスタで渡されるベクター型引数に対して割り当てられます。 7 番目以降のベクター型引数は、呼び出し元が割り当てられたメモリへの参照によってスタックに渡されます。コンパイラエラー C2719 の制約は、これらの引数には該当しません。

__vectorcall 関数の結果は、可能であれば、値によってレジスタに返されます。 4 バイト以下の構造体や共用体を含む整数型の結果は、値によって EAX に返されます。 8 バイト以下の整数型の構造体や共用体は、値によって EDX:EAX に返されます。ベクター型の結果は、サイズに応じて XMM0 または YMM0 に値によって返されます。 HVA の結果は、要素のサイズに応じて、各データ要素がレジスタ XMM0:XMM3 またはレジスタ YMM0:YMM3 に値によって返されます。他の結果の型は、呼び出し元が割り当てたメモリへの参照によって返されます。

__vectorcall の x86 の実装は、呼び出し元がスタックの右から順にプッシュする引数の規約に従います。呼び出された関数は、戻る直前にスタックをクリアします。スタックには、レジスタに配置されていない引数のみがプッシュされます。

次に例を示します。

// crt_vc86.c
// Build for x86 with: cl /arch:AVX /W3 /FAs crt_vc86.c
// This example creates an annotated assembly listing in
// crt_vc86.asm.

#include <intrin.h>
#include <xmmintrin.h>

typedef struct {
   __m128 array[2];
} hva2;    // 2 element HVA type on __m128

typedef struct {
   __m256 array[4];
} hva4;    // 4 element HVA type on __m256

// Example 1: All vectors
// Passes a in XMM0, b in XMM1, c in YMM2, d in XMM3, e in YMM4.
// Return value in XMM0.
__m128 __vectorcall 
example1(__m128 a, __m128 b, __m256 c, __m128 d, __m256 e) {
   return d;
}

// Example 2: Mixed int, float and vector parameters
// Passes a in ECX, b in XMM0, c in EDX, d in XMM1, e in YMM2, 
// f in XMM3, g pushed on stack. 
// Return value in YMM0.
__m256 __vectorcall 
example2(int a, __m128 b, int c, __m128 d, __m256 e, float f, int g) {
   return e;
}

// Example 3: Mixed int and HVA parameters
// Passes a in ECX, c in EDX, d and e pushed on stack.
// Passes b by element in [XMM0:XMM1]. 
// Return value in XMM0.
__m128 __vectorcall example3(int a, hva2 b, int c, int d, int e) {
   return b.array[0];
}

// Example 4: HVA assigned after vector types
// Passes a in ECX, b in XMM0, d in XMM1, and e in EDX.
// Passes c by element in [YMM2:YMM5]. 
// Return value in XMM0.
float __vectorcall example4(int a, float b, hva4 c, __m128 d, int e) {
   return b;
}

// Example 5: Multiple HVA arguments
// Passes a in ECX, c in EDX, e pushed on stack.
// Passes b in [XMM0:XMM1], d in [YMM2:YMM5].
// Return value in EAX.
int __vectorcall example5(int a, hva2 b, int c, hva4 d, int e) {
   return c + e;
}

// Example 6: HVA argument passed by reference, returned by register
// Passes a in [XMM1:XMM2], b passed by reference in ECX, c in YMM0, 
// d in [XMM3:XMM4]. 
// Register space was insufficient for b, but not for d.
// Return value in [YMM0:YMM3].
hva4 __vectorcall example6(hva2 a, hva4 b, __m256 c, hva2 d) {
   return b;
}

int __cdecl main( void )
{
   hva4 h4;
   hva2 h2;
   int i;
   float f;
   __m128 a, b, d;
   __m256 c, e;

   a = b = d = _mm_set1_ps(3.0f);
   c = e = _mm256_set1_ps(5.0f);
   h2.array[0] = _mm_set1_ps(6.0f);
   h4.array[0] = _mm256_set1_ps(7.0f);

   b = example1(a, b, c, d, e);
   e = example2(1, b, 3, d, e, 6.0f, 7);
   d = example3(1, h2, 3, 4, 5);
   f = example4(1, 2.0f, h4, d, 5);
   i = example5(1, h2, 3, h4, 5);
   h4 = example6(h2, h4, c, h2);
}

END Microsoft 固有の仕様

__vectorcall

x64 での __vectorcall 規約

x86 での __vectorcall 規約

参照

関連項目

その他のリソース