dVar1 * wVar2（签名）

Question

我正在为yasm处理器架构使用x86_64汇编程序。假设我已经在.data部分中定义了三个数字：

section .data
;CONSTANTS:
SYSTEM_EXIT    equ 60
SUCCESS_EXIT   equ 0

;VARIABLES:
dVar1    dd  40400
wVar2    dw -234
bVar3    db -23
dRes     dd  0    ;quotient
dRem     dd  0    ;reminder

我想要做的是将签名双字dVar1乘以签名字dVar2，然后除以已签名字节bVar3。

下面我介绍我的解决方案＆＃34;引用this一书，说明我为什么要做每一步。问题在文本末尾。

dVar1 * wVar2（签名）

我没有看到任何明确的规则，即乘法仅适用于相同大小的数字。但看到一些隐含的。这就是我为wVar2使用转换的原因：

movsx    eax, word [wVar2]    ;[wVar2] now in eax

现在＆＃34;他们＆＃34;具有相同的大小，所以我只是将它们相乘：

imul    dword [dVar1]    ;edx:eax = eax * [dVar1]

...例如，将 ax （16位）乘以字操作数（也是16位）的结果提供双字（32位）结果。但是，结果不会放在 eax 中（这可能更容易），它被放置在两个寄存器中， dx 用于高阶结果（16位）和< strong> ax 用于低阶结果（16位），通常写为 dx：ax （按惯例）。

据我所知，结果现在在edx:eax。

edx：eax / bVar3（签名）

...红利需要 D 寄存器（对于高位部分）和 A （对于低位部分）...如果是先前的乘法执行后， D 和 A 寄存器可能已经设置正确（这是我的情况[OP注意事项]）。

和

...此外， A ，可能还有 D 寄存器，必须结合使用。


字节除以： ax 表示16位

单词划分： dx：ax 表示32位

双字划分： edx：eax 64位（这是我的情况[OP＆＃39; s]）

Quadword Divide： rdx：rax for 128-bit

所以最初我将bVar3转换为双字，然后将其除以：

movsx    ebx, byte [bVar3]    ;ebx = [bVar3]
idiv     ebx,    ;eax = edx:eax / [bVar3]

然后整个代码

section .data
;CONSTANTS:
SYSTEM_EXIT    equ 60
SUCCESS_EXIT   equ 0

;VARIABLES:
dVar1    dd  40400
wVar2    dw -234
bVar3    db -23
dRes     dd  0    ;quotient
dRem     dd  0    ;reminder

section .text

global _start
_start:
    movsx   ebx, byte [bVar3]    ;conversion to double-word
    movsx   eax, word [wVar2]    ;conversion to double-word
    imul    dword [dVar1]        ;edx:eax = eax * [dVar1]
    idiv    ebx                  ;eax = edx:eax / [bVar3], edx = edx:eax % [bVar3]
    mov     dword [dRes], eax
    mov     dword [dRem], edx
last:
    mov     rax, SYSTEM_EXIT
    mov     rdi, SUCCESS_EXIT
    syscall

我使用调试器并看到正确的答案：

(gdb) x/dw &dRes
0x600159:   411026
(gdb) x/dw &dRem
0x60015d:   -2

但我不确定以下事项。

我真的有必要做我已经做过的那些步骤吗？它是＆＃34;尽可能少的行数＆＃34;溶液
这是完全正确的解决方案吗？我的意思是我可能犯了错误或错过了重要的事情。

P.S。也许这个问题更可能是CodeReview SE的问题。如果你也这么想，请告诉我。

Answer 1

它是＆＃34;尽可能少的行数＆＃34;溶液

您的代码看起来很好，并且没有任何浪费的指令或明显的效率（除非在系统调用中，mov到64位寄存器是浪费代码大小）。< / p>

但是在其他两次加载之后再做第二次movsx。乱序执行不会分析依赖关系链并首先在关键路径上执行加载。在movsx结果准备就绪之前，不需要第二次imul加载，因此请将其放在imul之后，以便前两次加载（movsx和{{{} 1}}内存操作数）可以尽早执行，让imul开始。

针对最少数量的指令（源代码行）优化asm通常没有用/重要。要么是代码大小（最少的机器代码字节），要么是性能（最小的uops，最低的延迟等，请参阅Agner Fog's optimization guide，以及the x86 tag wiki中的其他链接）。例如，imul为microcoded on Intel CPUs，并且在所有CPU上都比您使用的任何其他指令慢得多。

在具有固定宽度指令的体系结构上，指令数量是代码大小的代理，但在具有可变长度指令的x86上就是这种情况。

无论如何，除非除数是编译时常量：Why does GCC use multiplication by a strange number in implementing integer division?和32位操作数大小（64位），否则没有好办法避免idiv。 bit dividend）是您可以使用的最小/最快版本。（与大多数指令不同，idiv使用更窄的操作数会更快。）

对于代码大小，您可能希望使用一个RIP相对div，然后访问其他变量，如lea rdi, [rel dVar1]，这需要2个字节（modr / m + disp8）而不是5个字节bytes（modr / m + rel32）。即每个内存操作数增加1个字节（与寄存器源相比）。

在单词和字节位置之前分配您的双字结果位置是有意义的，因此所有双字都是自然对齐的，您不必担心它们被分割在缓存行中的性能损失。（或者在[rdi + 4]之后，在标签和align 4之前使用db。

这里的一个危险是64/32 =＆gt;如果dd的商不适合32位寄存器，则32位除法可以溢出和出错（使用#DE ，leading to SIGFPE on Linux）。您可以通过使用64位乘法和除法来避免这种情况，编译器的方式，如果这是一个问题。但请注意，64位(dVar1*wVar2) / bVar3比Haswell / Skylake上的32位idiv慢约3倍。（http://agner.org/optimize/）

idiv

这显然是更大的代码大小（更多的指令，更多的指令使用64位操作数大小的REX前缀），但不太明显它的多慢，因为64正如我之前所说，比特; fully safe version for full range of all inputs (other than divide by 0) movsx rcx, byte [bVar3] movsxd rax, dword [dVar1] ; new mnemonic for x86-64 dword -> qword sign extension imul rax, rcx ; rax *= rcx; rdx untouched. cqo ; sign extend rax into rdx:rax movsx rcx, word [wVar2] idiv rcx mov qword [qRes], rax ; quotient could be up to 32+16 bits mov dword [dRem], edx ; we know the remainder is small, because the divisor was a sign-extended byte很慢。

在具有2个显式操作数的64位idiv之前使用movsxd在大多数CPU上更好，但在64位imul缓慢的几个CPU上（AMD Bulldozer-family）或者Intel Atom），你可以使用

imul

在现代主流CPU上，2操作数movsx eax, byte [bVar3] imul dword [dVar1] ; result in edx:eax shl rdx, 32 or rax, rdx ; result in rax更快，因为它只需写一个寄存器。

除指令选择外：

您将代码放在imul部分！在.data之前使用section .text，或者将数据放在最后。（与C不同，您可以在源代码中引用符号，而不是它们声明的符号，包括标签和_start:常量。仅按顺序应用汇编程序宏（equ）。

此外，您的源数据可能会进入%define foo bar ，您的输出可能会进入BSS。（或者将它们留在寄存器中，除非你的作业需要记忆;没有任何东西在使用它们。）

使用RIP相对寻址而不是32位绝对值： section .rodata 指令不是默认值，但RIP相对编码的时间比{{短1个字节1}}。（32位绝对值适用于64位可执行文件，但not in 64-bit position-independent executables）。

如果商数不适合32位（如现有代码），default rel可以解决问题，这个版本有我建议的所有修复：

[abs dVar1]

样式：在标签后使用div，即使它是可选的。 default rel ; RIP-relative addressing is more efficient, but not the default ;; section .text ; already the default section global _start _start: movsx eax, word [wVar2] imul dword [dVar1] ;edx:eax = eax * [dVar1] movsx ecx, byte [bVar3] idiv ecx ;eax = edx:eax / [bVar3], edx = edx:eax % [bVar3] ; leaving the result in registers is as good as memory, IMO ; but presumably your assignment said to store to memory. mov dword [dRes], eax mov dword [dRem], edx .last: ; local label, or don't use a label at all mov eax, SYS_exit xor edi, edi ; rdi = SUCCESS_EXIT. don't use mov reg,0 syscall ; sys_exit(0), 64-bit ABI. section .bss dRes: resd 1 dRem: resd 1 section .rodata dVar1: dd 40400 wVar2: dw -234 bVar3: db -23 ; doesn't matter what part of the file you put these in. ; use the same names as asm/unistd.h, SYS_xxx SYS_exit equ 60 SUCCESS_EXIT equ 0代替:。如果您不小心使用与指令助记符匹配的标签名称，这是一个好习惯。与dVar1: dd 40400一样可能会出现令人困惑的错误消息，但dVar1 dd 40400只会有效。

请勿使用enter dd 40400将寄存器设置为零，use xor same,same because it's smaller and faster。当你知道你的常数很小时，不要enter: dd 40400到64位寄存器，让隐式零扩展完成它的工作。（YASM并没有为您优化mov到mov，尽管NASM确实如此）。 Why do x86-64 instructions on 32-bit registers zero the upper part of the full 64-bit register?

我没有看到任何明确的规则，即乘法仅适用于相同大小的数字。但是看一些隐含的。

（差不多）所有x86指令对所有操作数都需要相同的大小。例外情况包括mov rax,60 / mov eax,60，movzx（和其他变量计数移位/旋转），以及movsx之类的内容，可以在不同的寄存器集之间复制数据。还有imm8控制操作数，如shr reg, cl。

通常与相同尺寸的输入/输出一起使用的说明不具备可以动态扩展其中一个输入的版本。

您可以看到movd xmm0, eax明确记录了Intel's instruction-set reference manual entry for it 中适用的尺寸。 32x32 =＆gt;的唯一形式64位结果为pshufd xmm0, xmm1, 0xFF，即显式操作数必须是32位寄存器或内存，以与隐式imul源操作数一起使用。

所以是的，来自内存的IMUL r/m32加载是迄今为止实现此目的的最佳方式。（但不是唯一的; cbw / cwde also work to sign extend within EAX，并且始终eax / movsx的签名从16延伸到32.这些比shl eax, 16更糟糕 - 负载。）

签名乘法，然后在YASM中签名除法（x86_64架构）

dVar1 * wVar2（签名）

edx：eax / bVar3（签名）

1 个答案:

除指令选择外：