C言語の型変換をx86アセンブリで確認する（int, short, float）

目的

C言語での型変換にはキャストを使うが、実際にどのような機械語へ変換されるかを確認する。

gcc -O0 -S test.c -o test.s -masm=intel

[20251016追記]
同じ検証をARMでも行いました。
C言語の型変換をARM32アセンブリで確認する（int, short, float）

int -> short

intは4バイト
shortは2バイト

値100をメモリ(a変数)へ格納したあと、EAXレジスタ(32ビット)へ取り出し、EAXの下位16ビットAXをメモリ(b変数)へ格納している。
こうすることでINT型の下位16ビットのみを取り出し、SHORT型へ変換している。

int a=100;
short b=(short)a;

mov	DWORD PTR -4[rbp], 100
mov	eax, DWORD PTR -4[rbp]
mov	WORD PTR -6[rbp], ax

元のコード

test.c

int main(){
    int a=100;
    short b=(short)a;
    return 0;
}
test@test-Th

test.s

	.file	"test.c"
	.intel_syntax noprefix
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	endbr64
	push	rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	mov	rbp, rsp
	.cfi_def_cfa_register 6
	mov	DWORD PTR -4[rbp], 100
	mov	eax, DWORD PTR -4[rbp]
	mov	WORD PTR -6[rbp], ax
	mov	eax, 0
	pop	rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04.2) 11.4.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits
	.section	.note.gnu.property,"a"
	.align 8
	.long	1f - 0f
	.long	4f - 1f
	.long	5
0:
	.string	"GNU"
1:
	.align 8
	.long	0xc0000002
	.long	3f - 2f
2:
	.long	0x3
3:
	.align 8
4:

short -> int

shortは2バイト
intは4バイト

movsxは16ビットの符号を保ったままビットに広げる命令

short b=100;
int a=(int)b;

mov	WORD PTR -6[rbp], 100
movsx	eax, WORD PTR -6[rbp]
mov	DWORD PTR -4[rbp], eax

元のコード

test.c

int main(){
    short b=100;
    int a=(int)b;
    return 0;
}

test.s

	.file	"test.c"
	.intel_syntax noprefix
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	endbr64
	push	rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	mov	rbp, rsp
	.cfi_def_cfa_register 6
	mov	WORD PTR -6[rbp], 100
	movsx	eax, WORD PTR -6[rbp]
	mov	DWORD PTR -4[rbp], eax
	mov	eax, 0
	pop	rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04.2) 11.4.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits
	.section	.note.gnu.property,"a"
	.align 8
	.long	1f - 0f
	.long	4f - 1f
	.long	5
0:
	.string	"GNU"
1:
	.align 8
	.long	0xc0000002
	.long	3f - 2f
2:
	.long	0x3
3:
	.align 8
4:

int -> float

cvtsi2ssは符号付き整数を整数 → 単精度浮動小数点に変換する命令
movssは単精度浮動小数点（float、32bit）をレジスタ⇔メモリ間 で移動する命令

int a = 42;
float f;
f = (float)a;

mov	DWORD PTR -8[rbp], 42
pxor	xmm0, xmm0                        ; xmm0レジスタを0で初期化
cvtsi2ss	xmm0, DWORD PTR -8[rbp]   ; 42を浮動小数点 42.0fとして読みこむ
movss	DWORD PTR -4[rbp], xmm0           ; xmm0 の下位32bit（単精度 float）をスタック上の f の領域に格納

元のコード

test.c

int main() {
    int a = 42;
    float f;
    f = (float)a;
    return 0;
}

test.s

	.file	"test.c"
	.intel_syntax noprefix
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	endbr64
	push	rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	mov	rbp, rsp
	.cfi_def_cfa_register 6
	mov	DWORD PTR -8[rbp], 42
	pxor	xmm0, xmm0
	cvtsi2ss	xmm0, DWORD PTR -8[rbp]
	movss	DWORD PTR -4[rbp], xmm0
	mov	eax, 0
	pop	rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04.2) 11.4.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits
	.section	.note.gnu.property,"a"
	.align 8
	.long	1f - 0f
	.long	4f - 1f
	.long	5
0:
	.string	"GNU"
1:
	.align 8
	.long	0xc0000002
	.long	3f - 2f
2:
	.long	0x3
3:
	.align 8
4:

float -> int

float f = 12.3;
int a;
a = (int)f;

movss	xmm0, DWORD PTR .LC0[rip] ; 単精度浮動小数点をxmm0に読み込む
movss	DWORD PTR -8[rbp], xmm0
movss	xmm0, DWORD PTR -8[rbp]
cvttss2si	eax, xmm0 ; float → int に変換する命令 小数点切り捨て
mov	DWORD PTR -4[rbp], eax

.LC0:
	.long	1095027917

元のコード

test.c

int main() {
    float f = 12.3;
    int a;
    a = (int)f;
    return 0;
}

test.s

	.file	"test.c"
	.intel_syntax noprefix
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	endbr64
	push	rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	mov	rbp, rsp
	.cfi_def_cfa_register 6
	movss	xmm0, DWORD PTR .LC0[rip]
	movss	DWORD PTR -8[rbp], xmm0
	movss	xmm0, DWORD PTR -8[rbp]
	cvttss2si	eax, xmm0
	mov	DWORD PTR -4[rbp], eax
	mov	eax, 0
	pop	rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.section	.rodata
	.align 4
.LC0:
	.long	1095027917
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04.2) 11.4.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits
	.section	.note.gnu.property,"a"
	.align 8
	.long	1f - 0f
	.long	4f - 1f
	.long	5
0:
	.string	"GNU"
1:
	.align 8
	.long	0xc0000002
	.long	3f - 2f
2:
	.long	0x3
3:
	.align 8
4:

まとめ

int -> short　axレジスタに入れることで上位16ビットを切り捨てている。
short -> int　movsx命令を使って拡張している。
int -> float　cvtsi2ss命令を使って変換している。
float -> int　cvttss2si命令を使って変換している。

キャストの書き方は同じでも、内部での変換方法は型によって全く異なることが分かる。

環境

端末 : ThinkPad-X280
OS : Ubuntu 22.04.5 LTS
gcc : (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04.2) 11.4.0