Common Lisp （简称“CL”）诞生于1984年，最一开始的目标是期望把70年代末80年代初的那些 lisp 家族的语言做一番综合和统一。CL 很成功的实现了这个目标，这使得 CL 的各种设计来自于当时各种各样的 lisp 家族的语言。几年以后，CL 迎来了一次升级，核心语言基本上没有太大的变动，主要是加入了CLOS。1994年，ANSI 发布了第一个 CL 标准，这次标准化过程是对当时 CL 市场的一次概括，内容基本上和上一次升级差别不大。在这以后， CL 标准委员会工作重心转移，跑去支援 ISLISP^[1] 标准的制定。2004年，由于确实没人了，CL 标准委员会宣布解散。从 1994 - 2004 年间，CL 标准文档的变化仅仅只是对语言表达不清晰、“错别字”、语法错误这种类型的修改，语言本身并没有改变。CL 界至今仍旧严格的遵循其 ANSI 标准 “ANSI INCITS 226”^[2]。

CL 的这种历史发展过程，使得它成为今天少见的保留着 80 年左右语言设计的一门编程语言，堪称编程语言界的“活化石”。

反汇编

可能是由于 CL 的设计都是从 80 年左右的那些 LISP 家族“抄”来的， CL 标准规定，每个 CL 实现都必须实现一个 DISASSEMBLE 函数，用于反汇编^[3]。例如，对于函数 '(lambda ()) ，反汇编的结果如下。

CL-USER> (disassemble '(lambda ()))
    (recover-fn-from-rip)                   ;     [0]
    (testl (% nargs) (% nargs))             ;     [7]
    (jne L29)                               ;     [9]
    (pushq (% rbp))                         ;    [11]
    (movq (% rsp) (% rbp))                  ;    [12]
    (movl ($ #x1300B) (% arg_z.l))          ;    [15]
    (movq (% rbp) (% rsp))                  ;    [20]
    (popq (% rbp))                          ;    [23]
    (retq)                                  ;    [24]

    (:align 2)
L29                                         ;   [@44]
    (uuo-error-wrong-number-of-args)        ;    [29]
NIL

这是 Clozure Common Lisp （简称“CCL”）的反汇编结果。换一种实现呢？

* (disassemble '(lambda ()))
; disassembly for (LAMBDA ())
; Size: 21 bytes. Origin: #x52B3FFDC                          ; (LAMBDA ())
; DC:       498B4510         MOV RAX, [R13+16]                ; thread.binding-stack-pointer
; E0:       488945F8         MOV [RBP-8], RAX
; E4:       BA17001050       MOV EDX, #x50100017              ; NIL
; E9:       488BE5           MOV RSP, RBP
; EC:       F8               CLC
; ED:       5D               POP RBP
; EE:       C3               RET
; EF:       CC10             BREAK 16                         ; Invalid argument count trap
NIL

这是 Steel Bank Common Lisp （简称“SBCL”）的反汇编结果。由于是 CL 标准规定必须存在的，所以即使是非 native 平台的 CL 实现，都必须提供对应的反汇编功能。

在 CCL 中写汇编代码

即使 CL 可以对任何编译过的函数进行反汇编，标准里却没有提供汇编的接口。但是每个主流 CL 实现都带汇编器，因而可以在 CL 中嵌入汇编语言代码。下面用 CCL 和 x86_64 linux 平台为例子，讲解怎么在 CL 中插入汇编。

LAP

CCL 中，用汇编实现的东西，称为 LAP 。至于 LAP 全称到底是什么，可能也没什么人记得了，有的说是 Lisp Assembly Program ，官方给出的文档却也有 Lisp Assembly Parser 的解释^[4]。

普通的CL函数，可以通过 CCL::DEFX86LAPFUNCTION 定义。例如，对于两个 FIXNUM 类型的相加，一个简单的实现如下。（注意CCL用的汇编是LISP风格的语法）

(ccl::defx86lapfunction my-add-1 ((x1 arg_y) (x2 arg_z))
  ;; 检查参数个数是否正确。这是一个 lap 宏 。
  (check-nargs 2)

  ;; 通过 tag 判断是不是 FIXNUM 类型。 
  (trap-unless-fixnum x1)
  (trap-unless-fixnum x2)

  ;; 还原真实的 FIXNUM 
  (unbox-fixnum x1 imm0)
  (unbox-fixnum x2 imm1)

  ;; 普通加法
  (movq (% imm0) (% imm2))
  (addq (% imm1) (% imm2))

  ;; 重新打包成 FIXNUM
  (box-fixnum imm2 arg_z)

  ;; 返回一个值
  (single-value-return))

这个程序首先检查参数个数是不是2，如果不是，抛出异常。接下来，检查两个参数的类型是不是都是 FIXNUM，如果不是，抛出异常。然后才是做加法。这个函数用 CCL 反汇编结果如下。

CL-USER> (disassemble 'my-add-1)
    (recover-fn-from-rip)                   ;     [0]
    (cmpl ($ 16) (% nargs))                 ;     [7]
    (jne L61)                               ;    [10]
    (testb ($ 7) (% arg_y.b))               ;    [12]
    (je.pt L21)                             ;    [16]
    (uuo-error-reg-not-fixnum (% arg_y))    ;    [19]

    (:align 2)
L21                                         ;   [@36]
    (testb ($ 7) (% arg_z.b))               ;    [21]
    (je.pt L30)                             ;    [25]
    (uuo-error-reg-not-fixnum (% arg_z))    ;    [28]
L30                                         ;   [@45]
    (movq (% arg_y) (% imm0))               ;    [30]
    (sarq ($ 3) (% imm0))                   ;    [33]
    (movq (% arg_z) (% imm1))               ;    [37]
    (sarq ($ 3) (% imm1))                   ;    [40]
    (movq (% imm0) (% imm2))                ;    [44]
    (addq (% imm1) (% imm2))                ;    [47]
    (imulq ($ 8) (% imm2) (% arg_z))        ;    [50]
    (retq)                                  ;    [54]

    (:align 2)
L61                                         ;   [@76]
    (uuo-error-wrong-number-of-args)        ;    [61]
NIL

然而这些都是 虚假的汇编。真正的汇编，可以用 gdb 反汇编得到。如下所示。

# 由于对齐等因素，这里的反汇编不是百分百正确。不过大体上和CCL反汇编结果是对得上的。
(gdb) x/30i 0x00003020004d303f
   0x3020004d303f:	lea    -0x7(%rip),%r13        # 0x3020004d303f
   0x3020004d3046:	cmp    $0x10,%ecx
   0x3020004d3049:	jne    0x3020004d307c
   0x3020004d304b:	test   $0x7,%dil
   0x3020004d304f:	je,pt  0x3020004d3054
   0x3020004d3052:	int    $0xf7
   0x3020004d3054:	test   $0x7,%sil
   0x3020004d3058:	je,pt  0x3020004d305d
   0x3020004d305b:	int    $0xf6
   0x3020004d305d:	mov    %rdi,%rax
   0x3020004d3060:	sar    $0x3,%rax
   0x3020004d3064:	mov    %rsi,%rdx
   0x3020004d3067:	sar    $0x3,%rdx
   0x3020004d306b:	mov    %rax,%rcx
   0x3020004d306e:	add    %rdx,%rcx
   0x3020004d3071:	imul   $0x8,%rcx,%rsi
   0x3020004d3075:	retq     <--- 这里基本上对应(retq)了。
   0x3020004d3076:	xchg   %ax,%ax
   0x3020004d3078:	(bad)  
   0x3020004d3079:	add    %al,(%rax)
   0x3020004d307b:	add    %cl,%ch
   0x3020004d307d:	retq   $0x9000
   0x3020004d3080:	repnz add %al,(%rax)
   0x3020004d3083:	add    %al,(%rax)
   0x3020004d3085:	add    %al,(%rax)
   0x3020004d3087:	add    %ch,%dh
   0x3020004d3089:	pushq  $0x3020004d
   0x3020004d308e:	add    %al,(%rax)
   0x3020004d3090:	add    %dl,(%rax)
   0x3020004d3092:	add    %al,(%rax)

把 LAP 包装成闭包

使用 LAP 方式定义出来的是一个有名有姓的 CL 函数，那么，也可以通过 CCL::X86-LAP-FUNCTION把汇编代码包装成一个CL闭包。如下所示。

CL-USER> (funcall
 (lambda ()
   (ccl::x86-lap-function
    ;; name
    nil
    ;; arglist
    ((x1 arg_y) (x2 arg_z))
    ;; body
    (check-nargs 2)
    (trap-unless-fixnum x1)
    (trap-unless-fixnum x2)
    (unbox-fixnum x1 imm0)
    (unbox-fixnum x2 imm1)
    (movq (% imm0) (% imm2))
    (addq (% imm1) (% imm2))
    (box-fixnum imm2 arg_z)
    (single-value-return)
    ))
 50 60)
110

Foreign Function Interface

由于 LAP 做出来的函数，是标准的 CCL 函数，遵循 CCL 内部的各种标准，必须对 CCL 的内部运作相当了解才能很好的写出来。但是，真的只有这种方法吗？也许，我们要的只是在内存中生成一段机器码，然后丢给 CCL去执行即可。这时候可以换一种思路，一方面利用 CCL 的汇编器帮我们生成一段机器码，同时，丢给 FFI 一个指针，让 CCL 把这段代码当做普通的机器码那样去执行。这样，我们只需要遵循通用的 ABI 标准，以及少数 FFI 的约定，即可写出任何汇编代码。CCL 在调用我们的汇编代码的时候，也会按照这些通用的准则为我们准备相应的数据。

下面这个例子，汇编是直接从 gcc 生成的代码抄来的。它传入一个int类型的参数，把参数加一后返回，这个程序遵循通用的 ABI 标准。

CL-USER> (ff-call
 (ccl:%address-of        ;; 获取汇编代码的地址。
  (ccl::x86-lap-function nil ()

                         ;; prologue
                         (pushq (% rbp))
                         (movq (% rsp) (% rbp))

                         ;; first argument is in EDI
                         (movl (% edi) (% eax))
                         (incl (% eax))

                         ;; epilogue
                         (popq (% rbp))

                         (retq)))
 :int 10 :int)

11

总结

本文介绍了在 CCL 中编写汇编代码的方法。在 CCL 中，可以通过 LAP 来编写汇编代码。如果是 LAP function ，则需要遵循 CCL 的各种约定。如果通过 FFI 来调用编写的汇编代码，则只需要遵循通用的 ABI 约定。

ISO Standarized Lisp，ISO 推出的标准化的 LISP 家族语言。 ↩︎
有兴趣的同学可以在 ANSI 的在线商店购买，也就 30 美元，1000+ 页的一本书，平均一页纸密密麻麻的知识只要2毛钱，赚翻了！ ↩︎
可能当时 CL “抄”的某些 lisp 家族的语言，就有这个功能。那是一个内存特别小机器性能特别差要非常小心计划着用的年代，反汇编可以让人更好的发现底层的性能、资源使用等方面的问题。 ↩︎
详见 https://trac.clozure.com/ccl/wiki/Internals/Compiler 。 ↩︎

在 Clozure Common Lisp 中使用汇编（一） - 编写 LAP 代码

在 Clozure Common Lisp 中使用汇编（一） - 编写 LAP 代码

反汇编

在 CCL 中写汇编代码

LAP

把 LAP 包装成闭包

Foreign Function Interface

总结