Assembly 为什么在x86汇编中分配64位？

为什么

idiv

x86汇编指令将

EDX:EAX

（64位）除以给定的寄存器，而其他数学运算（包括乘法）仅对单个输入和输出寄存器进行操作

乘法：

mov eax, 3
imul eax, 5

分部：

mov edx, 0
mov eax, 15
mov ebx, 5
idiv ebx

我知道

EDX

用于存储剩余部分，但为什么没有针对此行为的单独说明？在我看来这似乎不一致。

还有一个“双宽度”乘法（单操作数

mul

或

imul

）

如果你问“为什么没有只给出商的两个操作数

idiv

”，那么我真的不知道（我有一个理论，但我不是为英特尔工作），我也希望这个存在

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当你想用一个不是二的幂的模来进行模乘时，你可以做一个

mul

，然后直接用一个

div

，一切都已经准备好了。这是一个结果，而不是一个原因，出于这个原因，我们不得不问英特尔。。但这里有一个理论。早在8086年代，只有双倍宽度乘法（这是一种缓慢的迭代乘法，早期退出，就像在软件中一样）。后来，在80286上，他们增加了一些更灵活的乘法，但除法却从来没有这样做过。也许它没有那么紧迫——毕竟，除法相对较少，而您通常需要用小常量进行乘法，例如为结构数组编制索引。

指令集提供了有效实现任意宽度整数算法所必需的指令。对于加法和减法，除了固定宽度的结果之外，您所需要知道的就是该操作是产生进位（用于加法）还是借用（用于减法）。这就是为什么会有一面携带旗。对于乘法，您需要能够将两个单词相乘并得到一个双单词的结果。这就是为什么

imul

在

edx:eax

中生成其结果的原因。对于除法，您需要能够将一个双倍宽度的数字除法，并得到商和余数

要了解为什么需要这些特定的操作，请参阅Knuth的《计算机编程的艺术》，第2卷，其中详细介绍了实现任意宽度算法的算法

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至于为什么x86指令集中没有更多不同形式的乘法和除法指令，没有二次幂的乘法和除法比其他指令要少见得多，因此英特尔可能不想使用可能用于更频繁使用的指令的操作码。一般用途程序中的大多数乘法和除法都是二的幂；对于这些，您可以使用位移位或lea指令代替。

对于加法和减法，溢出是由进位标志处理的单个位。如果要获取两个任意N位操作数并将其相乘，则需要2*N位来存储结果，非常简单，请自己尝试0xFF*0xFF=0xFE01。如果只使用N位大小的寄存器，乘法指令将非常有限。除法与乘除2*N位相反，得到N位。如果您为N位*N位=2*N位数而烦恼，那么您还应该实现2*N位数/N位数=N位数。这就是为什么它存在的原因，不幸的是，尽管硬件比语言做的更多，但语言也应该知道并做到这一点，如果我将两个字节相乘，如果我的结果变量小于16位，编译器应该抱怨精度。同时，任何使用加法、减法、乘法或除法运算的程序员也应该注意溢出，并且使用这些语言时使用的变量是操作数宽度的两倍，这样它们就不会溢出…

这里有两个问题。首先，存在双宽度输入或输出的问题，您忽略了执行全加宽乘法的一个操作数/形式，包括结果的高半部：N*N=>2N位，执行

EDX:EAX=EAX*src

。请参阅其他答案以了解这一点的用处

BMI2甚至引入了更灵活的全乘法指令，它有三个显式操作数（两个输出和一个输入），只有一个隐式操作数（第二个源=EDX）

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其次，您给出了一个使用立即数操作数的示例，该操作数对于DIV/IDIV也不可用，但没有人提到过。

有一条模糊指令实际上是一个立即数div，执行8位/imm8=>8位商/余数，而不是16/8=>8。它被调用，在64位模式下不可用。汇编程序默认为除以10（对于BCD的预期用例），但与任何imm8都是相同的操作码，还指出了AAM和

DIV r/m8

之间的许多细微差别

英特尔本可以随时添加IDIV的即时版本，但从未添加过。我的猜测是DIV/IDIV足够慢（而且非常罕见），以至于

mov reg，imm32

的额外开销可以忽略不计，而且在这样的指令上花费操作码空间（和解码器晶体管）从来都不值得

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更重要的是，实际的硬件除以编译时常数通常只对代码大小有用，而对性能不有用。自90年代以来，模块乘法逆一直是一个众所周知的概念（由编译器编写人员）。由于编译器甚至不使用常数除法，英特尔极不可能在这项技术问世后设计的CPU中为其添加指令。e、 g.clang编译

unsignedintdiv10（unsignedinta）{returna/10；}

    mov     ecx, edi         # just to zero-extend to 64-bit
    mov     eax, 3435973837  # a sign-extended imm32 can't represent this constant, I guess.  clang uses imul r,r,imm for other cases.
    imul    rax, rcx         # 64-bit multiply instead of 32x32 => 64 in two separate regs
    shr     rax, 35          # extract part of the high-half result.
    ret

有符号除法需要更多的指令，有时一些加法/减法操作会影响结果