Question

我很难学习汇编语言的基础知识，以及从K＆amp; R书中学到的华氏温度。这是我所指的C代码：

#include <stdio.h>

main()
{
    int fahr, celsius;
    int lower, upper, step;

    lower = 0;
    upper = 300;
    step = 20;

    fahr = lower;
    while (fahr <= upper) {
        celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
        printf("%d\t%d\n", fahr, celsius);
        fahr = fahr + step;
    }
}

与GCC 4.4.7（GNU / Linux x86-64）一起，我得到以下反汇编：

$ gcc -O0 -g -ansi -pedantic l1-2a.c
$ gdb -q a.out
(gdb) disas /m main
(gdb) disas /m main
Dump of assembler code for function main:
6   {
   0x00000000004004c4 <+0>: push   %rbp
   0x00000000004004c5 <+1>: mov    %rsp,%rbp
   0x00000000004004c8 <+4>: sub    $0x20,%rsp

7       int fahr, celsius;
8       int lower, upper, step;
9   
10      lower = 0;
   0x00000000004004cc <+8>: movl   $0x0,-0xc(%rbp)

11      upper = 300;
   0x00000000004004d3 <+15>:    movl   $0x12c,-0x8(%rbp)

12      step = 20;
   0x00000000004004da <+22>:    movl   $0x14,-0x4(%rbp)

13  
14      fahr = lower;
   0x00000000004004e1 <+29>:    mov    -0xc(%rbp),%eax
   0x00000000004004e4 <+32>:    mov    %eax,-0x14(%rbp)

15      while (fahr <= upper) {
   0x00000000004004e7 <+35>:    jmp    0x400532 <main+110>
   0x0000000000400532 <+110>:   mov    -0x14(%rbp),%eax
   0x0000000000400535 <+113>:   cmp    -0x8(%rbp),%eax
   0x0000000000400538 <+116>:   jle    0x4004e9 <main+37>

16          celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
   0x00000000004004e9 <+37>:    mov    -0x14(%rbp),%edx
   0x00000000004004ec <+40>:    mov    %edx,%eax
   0x00000000004004ee <+42>:    shl    $0x2,%eax
   0x00000000004004f1 <+45>:    add    %edx,%eax
   0x00000000004004f3 <+47>:    lea    -0xa0(%rax),%ecx
   0x00000000004004f9 <+53>:    mov    $0x38e38e39,%edx
   0x00000000004004fe <+58>:    mov    %ecx,%eax
   0x0000000000400500 <+60>:    imul   %edx
   0x0000000000400502 <+62>:    sar    %edx
   0x0000000000400504 <+64>:    mov    %ecx,%eax
   0x0000000000400506 <+66>:    sar    $0x1f,%eax
   0x0000000000400509 <+69>:    mov    %edx,%ecx
   0x000000000040050b <+71>:    sub    %eax,%ecx
   0x000000000040050d <+73>:    mov    %ecx,%eax
   0x000000000040050f <+75>:    mov    %eax,-0x10(%rbp)

17          printf("%d\t%d\n", fahr, celsius);
   0x0000000000400512 <+78>:    mov    $0x400638,%eax
   0x0000000000400517 <+83>:    mov    -0x10(%rbp),%edx
   0x000000000040051a <+86>:    mov    -0x14(%rbp),%ecx
   0x000000000040051d <+89>:    mov    %ecx,%esi
   0x000000000040051f <+91>:    mov    %rax,%rdi
   0x0000000000400522 <+94>:    mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400527 <+99>:    callq  0x4003b8 <printf@plt>

18          fahr = fahr + step;
   0x000000000040052c <+104>:   mov    -0x4(%rbp),%eax
   0x000000000040052f <+107>:   add    %eax,-0x14(%rbp)

19      }
20  }
   0x000000000040053a <+118>:   leaveq 
   0x000000000040053b <+119>:   retq   

End of assembler dump.

对我来说不清楚的是这个片段：

16          celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
   0x00000000004004e9 <+37>:    mov    -0x14(%rbp),%edx
   0x00000000004004ec <+40>:    mov    %edx,%eax
   0x00000000004004ee <+42>:    shl    $0x2,%eax
   0x00000000004004f1 <+45>:    add    %edx,%eax
   0x00000000004004f3 <+47>:    lea    -0xa0(%rax),%ecx
   0x00000000004004f9 <+53>:    mov    $0x38e38e39,%edx
   0x00000000004004fe <+58>:    mov    %ecx,%eax
   0x0000000000400500 <+60>:    imul   %edx
   0x0000000000400502 <+62>:    sar    %edx
   0x0000000000400504 <+64>:    mov    %ecx,%eax
   0x0000000000400506 <+66>:    sar    $0x1f,%eax
   0x0000000000400509 <+69>:    mov    %edx,%ecx
   0x000000000040050b <+71>:    sub    %eax,%ecx
   0x000000000040050d <+73>:    mov    %ecx,%eax
   0x000000000040050f <+75>:    mov    %eax,-0x10(%rbp)

我的意思是我理解一切：

lea    -0xa0(%rax),%ecx

因为160来自%eax寄存器的5*fahr，它包含5 * (fahr-32) / 9 <=> (5*fahr - 5*32) / 9 <=> (5*fahr - 160) / 9，因为：

%ecx

因此%rcx之后（以及完整的5*fahr - 160）存储{{1}}。但是，我不知道它如何除以9。它似乎是一些诡计，比如“乘以逆”以避免分裂，但我不知道它是如何工作的。

Answer 1

总结评论中的内容：0x38e38e39为十进制954437177，正好是(2^33 + 1) / 9。因此，汇编代码以这种方式工作（为了清楚起见，我已将(5 * fahr - 160)替换为X：

mov    $0x38e38e39,%edx /* edx is now 0x38e38e39 == (2^33 + 1) / 9 */
mov    %ecx,%eax        /* eax is now X */
imul   %edx             /* edx:eax is now eax * edx == X * ((2^33 + 1) / 9) */

有趣的部分开始的地方。 edx:eax代表1操作数imul首先填充其操作数（在这种情况下为edx）32位，然后将剩余的低位放入{{1} }。

实际上，我们在两个寄存器中获得了64位结果！它看起来像这样：

eax是edx的32个最低有效位。

(X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 32是eax（但很快就会被丢弃）

然后我们将这些东西变成了形状：

(X * ((2^33 + 1) / 9)) % 2^32

所以现在sar %edx /* edx is now edx >> 1 == (X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33 */ mov %ecx,%eax /* eax is now X again */ sar $0x1f,%eax /* eax is now X >> 0x1f == X >> 31 */ mov %edx,%ecx /* ecx is now (X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33 */是ecx的32个最低有效位，(X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33是eax，即32＆＃34;符号位＆＃34; -s of { {1}}（有符号的32位整数），如果X >> 31为非负数，则等于X;如果0为负，则等于X。

编辑：详细阐述否定-1

的特殊情况

现在谈谈负数会发生什么。关于X的重要部分是它实际上是X的32个最重要的位。

我希望你能记住，在二进制中，否定一个数字意味着反转它的所有位然后向它添加ecx。当我们添加X * ((2^33 + 1) / 9)时，如果它是1，我们会将lsb反转为1，否则我们会将其反转，并将其后的所有位反转，直到找到第一个1 1}}然后将其反转。

那么当我们尝试否定0时会发生什么（或者，相当于，如果我们使用0执行计算，我们会得到什么，考虑到此示例的(X * ((2^33 + 1) / 9))为正数？当然，首先我们反转它的所有位，然后我们添加-X。但对于后者（向其添加X）来影响该数字的32个最重要的位，32个最低有效位必须等于1。并且（相信我这一点）没有32位整数，当乘以1时，会给出这样的结果。

如此有效，在0xFFFFFFFF时，它与32个最重要的位有所不同：0x38e38e39。

相反，(-X * ((2^33 + 1) / 9)) == -(X * ((2^33 + 1) / 9))的32个最高有效位等于((-X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF != -(((X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF)的32个最高有效位的按位否定：(-X * ((2^33 + 1) / 9))。

Tl;博士为负(X * ((2^33 + 1) / 9))案例 ((-X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF != ~(((X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF) X的值将等于{{1}的值的按位否定对于ecx。我们不希望这样。因此，为了获得-X的负值的正确结果，我们必须将ecx添加到X（或等效地减去X）：

然后是最后一部分：

ecx

我很抱歉，如果我混淆了一些东西，我无法用GAS语法编写，但我希望你能理解这个想法。

Tl; dr：这里的技巧是乘以一个大数乘以一个大数，用算术移位丢弃大数，然后如果结果为负则将结果四舍五入为零

为什么所有人都烦恼？

结果，我们将除法分为10个周期（考虑-1也只需要一个周期）。考虑sub %eax,%ecx /* ecx is now X / 9 */可能需要几乎两倍的周期（从Hans Passant在this回答类似问题时提到的11到18周期），这种方法可以带来巨大的性能优势。

需要解释K＆amp; R fahr-to-cels示例的装配说明

1 个答案: