Question

C语言有签名和无符号类型，如char和int。我不确定，它是如何在汇编级别实现的例如，在我看来，有符号和无符号的乘法会带来不同的结果，所以汇编都做无符号的和签名算术或只有一个，这在某种程度上模仿不同的情况？

Answer 1

如果你看看x86的各种乘法指令，只查看32位变量并忽略BMI2，你会发现：

imul r/m32（32x32-> 64签名乘法）
imul r32, r/m32（32x32-> 32倍增）*
imul r32, r/m32, imm（32x32-> 32倍增）*
mul r/m32（32x32-> 64无符号乘法）

请注意，只有＆＃34;扩大＆＃34; multiply有一个无符号对应物。中间带有星号的两个表单都是有符号和无符号乘法，因为对于你没有得到额外的＆＃34;上部＆＃34;，那个＆＃39;同样的事情。

＆＃34;扩大＆＃34;乘法在C中没有直接的等价，但编译器可以（并经常）使用这些形式。

例如，如果你编译它：

uint32_t test(uint32_t a, uint32_t b)
{
    return a * b;
}

int32_t test(int32_t a, int32_t b)
{
    return a * b;
}

使用GCC或其他一些相对合理的编译器，你会得到类似的东西：

test(unsigned int, unsigned int):
    mov eax, edi
    imul    eax, esi
    ret
test(int, int):
    mov eax, edi
    imul    eax, esi
    ret

（带-O1的实际GCC输出）

因此，对于乘法（至少不是你在C中使用的乘法类型）和其他一些操作，签名并不重要，即：

加法和减法
按位AND，OR，XOR，NOT
否定
左移
比较平等

x86并没有为那些提供单独的签名/未签名版本，因为无论如何都没有区别。

但是对于某些操作来说存在差异，例如：

师（idiv vs div）
余数（也idiv vs div）
右移（sar vs shr）（但要注意C中签名的右移）
比较大于/小于

但最后一个是特殊的，x86也没有单独的签名和无符号版本，而是有一个操作（cmp，这实际上只是一个非破坏性的sub ）同时进行两次，并给出几个结果（＆＃34中的多个位;标志＆＃34;受影响）。后来实际使用这些标志的指令（分支，条件移动，setcc）然后选择他们关心的标志。例如，

cmp a, b
jg somewhere

如果somewhere是＆＃34;签名大于＆＃34;将a b。

cmp a, b
jb somewhere

somewhere如果a是＆＃34;未签名，＆＃34; b。

有关标志和分支的更多信息，请参阅Assembly - JG/JNLE/JL/JNGE after CMP。

这不能成为签名和无符号乘法相同的正式证明，我只是试着让你深入了解为什么它们应该是相同的。

考虑4位2的补码整数。各个位的权重，从lsb到msb，1,2,4和-8。当您将这些数字中的两个相乘时，您可以将其中一个数字分解为与其位相对应的4个部分，例如：

0011 (decompose this one to keep it interesting)
0010
---- *
0010 (from the bit with weight 1)
0100 (from the bit with weight 2, so shifted left 1)
---- +
0110

2 * 3 = 6所以一切都结账了。这是大多数人在学校学习的常规长时间乘法，只有二进制，这使得它更容易，因为你不必乘以十进制数，你只需乘以0或1，转移。

无论如何，现在采取负数。符号位的权重为-8，因此在某一点上您将生成部分乘积-8 * something。乘以8是左移3，所以前lsb现在是msb，所有其他位都是0.现在如果你否定它（毕竟它是-8，而不是8），没有任何反应。零显然没有变化，但是8也是如此，并且通常只有msb设置的数字：

-1000 = ~1000 + 1 = 0111 + 1 = 1000

所以，如果msb的权重为8（如无符号的情况下）而不是-8，那么你已经完成了同样的事情。

Answer 2

大多数现代处理器都支持有符号和无符号算术。对于那些不受支持的算术，我们需要模拟算术。

从this answer引用X86架构

首先，x86本身支持这两个补码   签名号码的表示。您可以使用其他表示形式   但这需要更多的指示，通常是浪费   处理器时间。

我的意思是＆＃34;原生支持＆＃34;？基本上我的意思是有一个   用于无符号数字的指令集和另一组用于指定数字的指令   你用于签名号码。无符号数可以相同   注册为签名号码，实际上你可以混合签名和   未签名的指令，无需担心处理器。它取决于   编译器（或汇编程序员）来跟踪数字是否是   是否签名，并使用适当的说明。

首先，两个补码数具有加和的性质   减法与无符号数相同。它没有   数字是正数还是负数的差异。（所以你只是   继续，无需担心地添加和提交您的号码。）

在进行比较时，差异开始显现。 x86有一个   区分它们的简单方法：上/下表示无符号   比较和大于/小于表示签名比较。（例如。   JAE表示＆＃34;如果高于或等于跳跃＃34;并且是未签名的。）

还有两组乘法和除法指令   处理有符号和无符号整数。

最后：如果你想检查，比如溢出，你会这样做   签名和无符号数字的区别不同。

Answer 3

cmp和sub的一点补充。我们知道cmp被视为非破坏性sub，因此请关注sub。

当x86 cpu执行sub指令时，例如，

sub eax, ebx

如果eax或ebx的值是有符号还是无符号，cpu如何知道？例如，考虑两个补码中的4位宽度数：

eax: 0b0001
ebx: 0b1111

在有符号或无符号的情况下，eax的值将被解释为1(dec)，这很好。

但是，如果ebx是无符号的，它将被解释为15(dec)，结果变为：

ebx:15(dec) - eax: 1(dec) = 14(dec) = 0b1110 (two's complement)

如果ebx已签名，则结果为：

ebx: -1(dec) - eax: 1(dec) = -2(dec) = 0b1110 (two's complement)

即使对于有符号或无符号，其结果在两个补码中的编码都是相同的：0b1110。

但有一个是正面的：14（dec），另一个是负数：-2（dec），然后回到我们的问题：cpu如何判断哪个？

答案是cpu将评估两者，来自：http://x86.renejeschke.de/html/file_module_x86_id_308.html

它评估有符号和无符号整数操作数的结果，并设置OF和CF标志，分别表示有符号或无符号结果中的溢出。 SF标志表示签名结果的符号。

对于此特定示例，当cpu看到结果：0b1110时，它会将SF标记设置为1，因为它-2(dec)如果0b1110被解释为负数。

如果需要使用SF标志或者只是忽略它，则它取决于以下指令。

x86上的有符号和无符号算术实现

3 个答案: