мост между C++/Rust и машинным кодомthe bridge between C++/Rust and machine code

Compiler-Aware Optimization (x86_64 и ARM64)(x86_64 & ARM64)

Практический мост между высокоуровневой семантикой C++20/Rust и машинным кодом x86_64/ARM64: обратный инжиниринг выхлопа компиляторов через Compiler Explorer (Godbolt), узкие места конвейера CPU, устранение неявных накладных расходов, автовекторизация. Каркас: 7 глав, 21 пункт, страницы ещё не написаны.A practical bridge between C++20/Rust high-level semantics and x86_64/ARM64 machine code: reverse-engineering compiler output via Compiler Explorer (Godbolt), CPU pipeline bottlenecks, eliminating implicit overhead, autovectorization. Skeleton: 7 chapters, 21 items, pages not yet written.

1. Инструментарий Godbolt и методология чтения ASM1. Godbolt tooling & ASM-reading methodology

настройка среды анализаsetting up the analysis environment

1.1 Конфигурация флагов компиляцииCompiler flag configurationЦелевые архитектуры (-march=x86-64-v3, -mcpu=neoverse-n1), уровни оптимизации (-O3, opt-level=3), отключение размотки стека/паник (-fno-exceptions, panic=abort) для чистого кода.Target architectures (-march=x86-64-v3, -mcpu=neoverse-n1), optimization levels (-O3, opt-level=3), disabling stack unwinding/panics (-fno-exceptions, panic=abort) for clean output. 1.2 Визуализация и фильтрация в GodboltVisualization & filtering in GodboltIntel-синтаксис для x86, отсечение служебных меток, комментариев и кода стандартных библиотек.Intel syntax for x86, stripping labels, comments, and standard-library noise. 1.3 Профилирование конвейера через LLVM-MCAPipeline profiling via LLVM-MCAMachine Code Analyzer: такты (Cycles), пропускная способность (RThroughput), нагрузка на порты исполняющих блоков CPU.The Machine Code Analyzer: cycles, throughput (RThroughput), execution-port pressure.interview

2. Базовые паттерны трансляции: от C++/Rust к ассемблеру2. Basic translation patterns: from C++/Rust to assembly

2.1 Анатомия вызовов (ABI & Calling Conventions)Anatomy of calls (ABI & calling conventions)Передача аргументов через регистры (rdi–r9 в x86_64 vs x0–x7 в ARM64), стековый фрейм, роль Link Register (x30) в ARM.Passing arguments via registers (rdi–r9 in x86_64 vs x0–x7 in ARM64), the stack frame, the role of the Link Register (x30) in ARM.interview 2.2 Избавление от ветвлений (Branch Elimination)Branch eliminationif-else и match превращаются в cmov (x86_64) и csel/csinc (ARM64) для предотвращения промахов предсказателя переходов.if-else and match turning into cmov (x86_64) and csel/csinc (ARM64) to avoid branch-predictor misses.interview 2.3 Управление проверками границBounds-checking eliminationНеявные проверки индексации в Rust/C++ (panic_bounds_check), влияние на конвейер, устранение через итераторы, assert! и get_unchecked.Implicit indexing checks in Rust/C++ (panic_bounds_check), their pipeline cost, elimination via iterators, assert!, and get_unchecked. 2.4 Алиасинг указателей и __restrictPointer aliasing & __restrictВлияние гипотезы о перекрытии памяти на лишние инструкции чтения (mov/ldr) и разблокировку агрессивных оптимизаций.How the memory-overlap assumption forces redundant load instructions (mov/ldr), and how to unlock aggressive optimizations.

3. Глубокий анализ x86_64 (CISC Optimization Patterns)3. Deep dive: x86_64 (CISC optimization patterns)

3.1 Многофункциональность инструкции LEAThe multi-purpose LEA instructionLoad Effective Address для сложного сдвига и сложения за 1 такт без тяжёлых арифметических инструкций.Load Effective Address for combined shift-and-add in 1 cycle, without heavier arithmetic instructions. 3.2 Замена деления (Magic Numbers)Division replacement (magic numbers)Преобразование деления (div/idiv) в умножение на обратное число со сдвигом (imul + shr).Turning division (div/idiv) into multiplication by a reciprocal plus a shift (imul + shr).interview 3.3 Выравнивание кода и инструкции NOPCode alignment & NOP instructionsДирективы выравнивания петель (.p2align) и заполнители памяти для эффективной утилизации I-Cache.Loop-alignment directives (.p2align) and padding for efficient I-cache utilization.

4. Глубокий анализ ARM64 / AArch64 (RISC Optimization Patterns)4. Deep dive: ARM64 / AArch64 (RISC optimization patterns)

4.1 Встроенный Barrel ShifterThe built-in barrel shifteradd x0, x1, x2, lsl #3 — бесплатный битовый сдвиг второго операнда прямо внутри арифметической команды. — a free bit shift of the second operand right inside an arithmetic instruction. 4.2 Парная работа с памятью (LDP / STP)Paired memory access (LDP / STP)128-битная шина памяти для одновременной загрузки и сохранения пар 64-битных регистров.A 128-bit memory bus for loading/storing pairs of 64-bit registers in one instruction. 4.3 Аппаратный нулевой регистр (xzr)The hardware zero register (xzr)Как компилятор оптимизирует обнуление памяти и сравнения с помощью системного регистра-заглушки.How the compiler optimizes zeroing and comparisons using this stub system register.

5. Автовекторизация (SIMD) и векторные расширения5. Autovectorization (SIMD) & vector extensions

5.1 Понимание SIMD-выхлопаReading SIMD outputВекторные инструкции x86_64 (AVX2/AVX-512: vmovdqu, vpaddd) и ARM64 (NEON: ld1, fadd, fmul).Vector instructions on x86_64 (AVX2/AVX-512: vmovdqu, vpaddd) and ARM64 (NEON: ld1, fadd, fmul).interview 5.2 Совмещённое умножение и сложение (FMA)Fused multiply-add (FMA)vfmadd213ps, fmla — удвоение скорости математических расчётов за одну инструкцию. — doubling math throughput in a single instruction. 5.3 Препятствия к векторизацииObstacles to vectorizationПочему LLVM отказывается векторизовать цикл: зависимости по данным, ветвления в теле цикла, невыровненная память.Why LLVM refuses to vectorize a loop: data dependencies, branches inside the loop body, unaligned memory.interview

6. Практический рефакторинг: от «плохого» ASM к «идеальному» (Case Studies)6. Practical refactoring: from "bad" ASM to "ideal" (case studies)

6.1 Case Study: десериализация бинарного потокаCase study: binary-stream deserializationПобайтовый обход с битовыми сдвигами превращается в единичные инструкции mov/bswap.A byte-by-byte walk with bit shifts collapsing into single mov/bswap instructions. 6.2 Case Study: инлайнинг и раздувание стекаCase study: inlining & stack bloatКогда неявный деструктор или вызов паники блокируют инлайнинг и приводят к лишним сохранениям на стек.When an implicit destructor or a panic call blocks inlining and forces extra stack spills. 6.3 Case Study: атомики и барьеры памятиCase study: atomics & memory barriersstd::atomic с Acquire/Release на x86_64 (строгая модель памяти) и ARM64 (слабая модель, инструкции stlr/ldar). with Acquire/Release on x86_64 (strong memory model) vs ARM64 (weak model, stlr/ldar instructions).interview

7. Чек-лист диагностики и алгоритм анализа7. Diagnostics checklist & analysis algorithm

шпаргалка для быстрой отладки производительностиa cheat sheet for quick performance debugging

7.1 Граф принятия решенийThe decision graphБыстрый поиск «симптомов» неоптимального кода: лишние call, спагетти из ветвлений, отсутствие SIMD.Quickly spotting the "symptoms" of suboptimal code: stray calls, branch spaghetti, missing SIMD. 7.2 Карта сопоставления проблемThe problem-mapping tableТаблица вида «симптом в ASM → причина в C++/Rust → способ устранения».A table of the form "ASM symptom → C++/Rust cause → fix".

статусstatus

Это каркас: 7 глав и 21 пункт зафиксированы, страницы ещё не написаны. Метка interview отмечает пункты, которые чаще всего всплывают на технических собеседованиях (calling conventions, branch elimination, magic-number division, atomics/memory barriers, LLVM-MCA, SIMD-выхлоп). Содержимое адаптировано из kb/assembler.md — личного высокоуровневого плана, а не готового текста. В отличие от theory/, это практический раздел — не абстрактная теория, а прикладной мост между C++/Rust и конкретным машинным кодом компиляторов, поэтому он вынесен на верхний уровень отдельно от языков и от theory/. Заголовки пунктов здесь пронумерованы по главам (1.1–7.2), а не по формату X.Y.Z, так как источник организован как учебник, а не как плоский список тем.This is a skeleton: 7 chapters and 21 items are locked in, pages not yet written. The interview tag marks the items that come up most often in technical interviews (calling conventions, branch elimination, magic-number division, atomics/memory barriers, LLVM-MCA, SIMD output). Content is adapted from kb/assembler.md — a personal high-level outline, not finished prose. Unlike theory/, this is a practical section — not abstract theory, but an applied bridge between C++/Rust and the concrete machine code compilers emit, which is why it sits at the top level, separate from both the languages and theory/. Item numbering here follows chapters (1.1–7.2) rather than the X.Y.Z format, since the source is organized as a textbook rather than a flat topic list.