两个补码的长整数

Question

我想用英特尔I64汇编程序做一些长整数数学运算(128位),需要创建一个2的补码.让我们说我的正面价值在于RDX:RAX.

2的补码是通过"翻转位并加1"来完成的.所以最天真的实现是(4条指令和14个字节的代码):

  NOT RAX
  NOT RDX
  ADD RAX,1   ; Can't use INC, it doesn't set Carry
  ADC RDX,0

当我在RAX而不是NOT上使用NEG指令时,它对我来说是"+1"但是Carry是错误的,当RAX为零时NEG RAX清除了Carry,但是我需要携带JUST IN THIS CASE.所以下一个最好的方法可能是(4条指令和11个字节的代码):

  NOT RDX
  NEG RAX
  CMC
  ADC RDX,0                  ; fixed, thanks lurker

还有4条说明.但是不是加+1,我可以减去-1,因为SBB将Carry-Bit加到减数上,当Carry清零时我会加+1.所以我的下一个最好的尝试是这个,有3个指令和10个字节的代码:

   NOT RDX
   NEG RAX
   SBB RDX,-1

从我冗长的文字中可以看出,这一点并不明显.是否有一种更好,更易理解的方法来在汇编程序中进行级联2的补码？

Answer 1

较短的指令或较少的指令数量并不一定意味着更快的执行速度，因为每条指令的延迟和吞吐量都不同

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例如，像enter, dad, loop... 这样的过时指令会非常慢，并且它们的存在只是为了向后兼容。Eveninc有时比 慢add。cmc与上面在某些 \xce\xbcarchs 上使用的相同

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因此，可以并行执行的较长系列的低延迟指令将运行得更快。一些常见的指令组甚至可以融合在一起形成一个宏操作。编译器的优化器总是知道这一点，并将选择最合适的指令来发出。

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对于这个片段

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__int128 negate(__int128 x)\n{\n    return -x;\n}\n

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ICC 19.0.1将生成以下指令

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    xor       edx, edx                                      #3.13\n    xor       eax, eax                                      #3.13\n    sub       rax, rdi                                      #3.13\n    sbb       rdx, rsi                                      #3.13\n

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前两个异或指令的成本为零\xce\xbcop，因为它们是在寄存器重命名阶段处理的。现在你只有2 条指令要执行

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您可以在上面的 Godbolt 链接中切换编译器，以查看不同编译器（包括 MSVC）进行否定的各种方法（不幸的是它还没有 128 位类型）。以下是 GCC 和 Clang 的结果

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海湾合作委员会 8.3：

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    mov     rax, rdi\n    neg     rax\n    mov     rdx, rsi\n    adc     rdx, 0\n    neg     rdx\n

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铛：

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    mov     rax, rdi\n    xor     edx, edx\n    neg     rax\n    sbb     rdx, rsi\n

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正如您所看到的，Clang 也仅使用 3 条指令（减去第一个将数据从输入参数移动到必要目的地的指令）。但喜欢xor reg, reg，mov也可以“免费”

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如果您针对空间进行优化（例如在缓存未命中率较高的某些情况下），情况可能会有所不同，因为某些立即数和指令很长

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无论它是否更快，都需要一些微观基准测试。但在 Intel CPU 上，Intel 编译器 (ICC) 通常会比其他编译器实现更高的性能，因为它更好地理解架构。

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请注意，该操作称为“取反”，而不是“补码”，这是一种对负数进行编码的方法

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