GCCでC/C++ソースからアセンブリ出力を取得する方法

はじめに

この記事では、gcc（GNU Compiler Collection）を使用して、CまたはC++のソースコードからアセンブリ出力を生成する方法を解説します。

-Sオプションによるアセンブリ出力の取得

gccには、コンパイル過程における中間出力をすべて取得できる便利な機能が備わっています。アセンブリ出力を得るには、「-S」オプションを指定します。このオプションを使うと、コンパイルまでは実行されますが、アセンブラに渡される直前の段階で処理が止まり、その時点のアセンブリコードが出力されます。

基本構文

gcc -S program.cpp

デフォルトでは、拡張子「.s」が付いたファイル（上記の例では program.s）にアセンブリコードが出力されます。「-o」オプションを併用すれば、出力ファイル名を自由に指定することも可能です。

gcc -S program.cpp -o output.s

サンプルプログラム

それでは、実際の出力結果を確認してみましょう。ここでは、次のようなシンプルなC++プログラムを使用します。2つの数値を変数xとyに格納し、その合計を別の変数sumに代入した後、結果を標準出力に表示するだけのプログラムです。

ソースコード

#include <iostream>
using namespace std;
main() {
    int x, y, sum;
    x = 50;
    y = 60;
    sum = x + y;
    cout << "Sum is: " << sum << endl;
}

アセンブリ出力の例

上記のプログラムに対して「gcc -S test_cpp.cpp」を実行すると、以下のようなアセンブリコードが生成されます。

    .file "test_cpp.cpp"
    .text
    .section .rodata
    .type _ZStL19piecewise_construct, @object
    .size _ZStL19piecewise_construct, 1
_ZStL19piecewise_construct:
    .zero 1
    .local _ZStL8__ioinit
    .comm _ZStL8__ioinit,1,1
.LC0:
    .string "Sum is: "
    .text
    .globl main
    .type main, @function
main:
.LFB1493:
.cfi_startproc
pushq %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq $16, %rsp
    movl $50, -12(%rbp)
    movl $60, -8(%rbp)
    movl -12(%rbp), %edx
    movl -8(%rbp), %eax
    addl %edx, %eax
    movl %eax, -4(%rbp)
    leaq .LC0(%rip), %rsi
    leaq _ZSt4cout(%rip), %rdi
    call _ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc@PLT
    movq %rax, %rdx
    movl -4(%rbp), %eax
    movl %eax, %esi
    movq %rdx, %rdi
    call _ZNSolsEi@PLT
    movq %rax, %rdx
    movq _ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_@GOTPCREL(%rip), %rax
    movq %rax, %rsi
    movq %rdx, %rdi
    call _ZNSolsEPFRSoS_E@PLT
    movl $0, %eax
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE1493:
    .size main, .-main
    .type _Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, @function
_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii:
.LFB1982:
    .cfi_startproc
    pushq %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq $16, %rsp
    movl %edi, -4(%rbp)
    movl %esi, -8(%rbp)
    cmpl $1, -4(%rbp)
    jne .L5
    cmpl $65535, -8(%rbp)
    jne .L5
    leaq _ZStL8__ioinit(%rip), %rdi
    call _ZNSt8ios_base4InitC1Ev@PLT
    leaq __dso_handle(%rip), %rdx
    leaq _ZStL8__ioinit(%rip), %rsi
    movq _ZNSt8ios_base4InitD1Ev@GOTPCREL(%rip), %rax
    movq %rax, %rdi
    call __cxa_atexit@PLT
.L5:
    nop
leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE1982:
    .size _Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, .-_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
.type _GLOBAL__sub_I_main, @function
_GLOBAL__sub_I_main:
.LFB1983:
    .cfi_startproc
    pushq %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    movl $65535, %esi
    movl $1, %edi
    call _Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
    popq %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE1983:
    .size _GLOBAL__sub_I_main, .-_GLOBAL__sub_I_main
    .section .init_array,"aw"
    .align 8
    .quad _GLOBAL__sub_I_main
    .hidden __dso_handle
    .ident "GCC: (Ubuntu 7.3.0-16ubuntu3) 7.3.0"
    .section .note.GNU-stack,"",@progbits

知っておくと便利な関連オプション

• -masm=intel：デフォルトのAT&T構文ではなく、Intel構文でアセンブリコードを出力できます。
• -O0 / -O1 / -O2 / -O3：最適化レベルを指定します。最適化レベルによって生成されるアセンブリコードは大きく変わるため、比較してみると興味深い学習になります。
• -fverbose-asm：アセンブリコードに変数名などのコメントを付与して出力するため、コードの対応関係を理解しやすくなります。

まとめ

gccの「-S」オプションを使えば、たった1つのコマンドでC/C++のソースコードからアセンブリコードを簡単に取得できます。コンパイラがどのように高水準言語を機械語レベルの命令へ変換しているのかを知りたい場合や、パフォーマンスチューニングを行いたい場合に非常に役立つテクニックなので、ぜひ活用してみてください。