Assembly YASM（x86_64体系结构）中带符号乘法后带符号除法

我正在为

x86\u 64

处理器体系结构使用

yasm

汇编程序。 假设我已经在

.data

部分定义了三个数字：

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

我想做的是将带符号的双字dVar1与带符号的字dVar2相乘，然后除以带符号的字节bVar3

下面我将介绍我的“解决方案”，以及我为什么要做每一步的参考书。问题在课文的末尾

dVar1*wVar2（签名） 我看不到任何明确的规则，乘法只适用于相同大小的数字。但我们可以看到一些隐含的。这就是为什么我对

wVar2

使用转换：

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

现在“它们”的大小相同，所以我只是将它们相乘：

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

…例如，将ax（16位）乘以一个字操作数（也是16位）的结果提供了一个双字（32位）结果。但是，结果并不是放在eax（这可能更容易），而是放在两个寄存器中，dx用于高阶结果（16位）和ax用于低阶结果（16位），通常写为dx:ax（按惯例）

正如我正确理解的，现在的结果是

edx:eax

edx:eax/bVar3（签名） …股息需要D寄存器（对于高阶部分）和A（对于低阶部分）。。。如果执行了先前的乘法运算，则可能已经正确设置了D和a寄存器（这是我的案例[OP注释]）

及

…此外，A，以及可能的D寄存器，必须组合用于股息

• 字节分割：ax用于16位
• 32位的字除法：dx:ax
• 双字除：edx:eax用于64位（这是我的案例[OP注释]）
• 四字除法：rdx:rax用于128位

因此，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]

那么整个代码呢

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答案：

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

但我不确定以下几点

真的有必要做我已经做过的那些步骤吗？这是“最少可能的行数”解决方案吗

这是正确的解决方案吗？我的意思是我可能犯了个错误或者错过了一些重要的事情

---

另外，这个问题可能更像是Codese问题。如果你也这么认为，请告诉我

这是“最少可能的行数”解决方案吗

您的代码看起来不错，并且没有任何浪费指令或明显的效率（除了在系统调用中，

mov

到64位寄存器是浪费代码大小）

但在其他两次加载之后执行第二次

movsx

。无序执行不会首先分析依赖关系链并在关键路径上加载。第二个

movsx

加载不需要，直到

imul

结果准备就绪，所以将其放在

imul

之后，以便前两个加载（

movsx

和

imul

内存操作数）可以尽早执行，并让

imul

启动

---

为最低数量的指令（源代码行）优化asm通常没有用处/不重要。选择代码大小（最少的机器代码字节）或性能（最少的UOP、最低的延迟等。请参阅和中的其他链接）。例如，

idiv

是，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数：，并且32位操作数大小（带64位被除数）是您可以使用的最小/最快版本，否则没有好的方法可以避免idiv。（与大多数指令不同，

div

操作数越窄速度越快）

对于代码大小，您可能希望使用一个RIP相对

leardi[rel dVar1]

，然后访问其他变量，如

[rdi+4]

，它需要2个字节（modr/m+disp8），而不是5个字节（modr/m+rel32）。i、 e.每个内存操作数多1个字节（与寄存器源相比）

将dword结果位置分配在字和字节位置之前是有意义的，这样所有dword都会自然对齐，并且您不必担心它们在缓存线中被拆分会带来性能损失。（或在

db

之后、标签和

dd

之前使用

align 4

）

---

这里的一个危险是，如果

（dVar1*wVar2）/bVar3

的商不适合32位寄存器，则64/32=>32位除法可能溢出并出现故障（使用

#DE

）。您可以通过使用64位乘法和除法来避免这种情况，如果这是一个问题的话，编译器会这样做。但请注意，在Haswell/Skylake上，64位

idiv

比32位

idiv

慢约3倍。（）

这显然是更大的代码大小（更多的指令，其中更多的指令具有REX前缀以使用64位操作数大小），但不太明显的是，它要慢得多，因为正如我前面所说的，64位

idiv

很慢

在具有两个显式操作数的64位

imul

之前使用

movsxd

在大多数CPU上效果更好，但在一些64位

imul

较慢的CPU（AMD推土机系列或Intel Atom）上，您可以使用

movsx   eax, byte [bVar3]
imul    dword [dVar1]       ; result in edx:eax

shl     rdx, 32
or      rax, rdx            ; result in rax

不过，在现代主流CPU上，2操作数imul更快，因为它只需写入一个寄存器

---

除指令选择外： 将代码放入

.data

部分

movsx   eax, byte [bVar3]
imul    dword [dVar1]       ; result in edx:eax

shl     rdx, 32
or      rax, rdx            ; result in rax

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