关于否定 mips 中的符号整数？

Question

我正在考虑如何否定 mips32 中的有符号整数。我的直觉是使用 2 的补码的定义，例如：（假设$s0是要否定的数字）

nor $t0, $s0, $s0   ; 1's complement
addiu $t0, $t0, 1   ; 2's = 1's + 1

然后我意识到可以这样做：

sub $t0, $zero, $s0

所以……有什么区别？哪个更快？IIRC sub 会尝试检测溢出，但是这个 make 会更慢吗？最后，有没有其他方法可以做到这一点？

Answer 1

subu $t0, $zero, $s0 是最好的方法，也是编译器所做的。

在任何给定的 MIPS 实现中，大多数简单的 ALU 指令（加/减/和/或）都具有相同的性能。在 1 个简单指令而不是 2 个简单指令中完成相同的工作是代码大小、延迟和吞吐量的胜利。

更少的指令并不总是更好，但作为经典的 RISC ISA，MIPS 除了 mult/div/rem 之外没有很多“慢”指令。

sub而 ofsubu会在 上引发异常-INT_MIN，您避免addiu在 nor/add 版本中使用该异常。除非您特别希望签名溢出引发异常，否则您应该始终使用和指令的u版本。C 编译器始终使用该版本。（在 C 中，有符号溢出是未定义的行为。这意味着它允许出错，但不需要出错，通常没有人想要。编译器希望能够优化和引入创建临时值的转换，这些临时值在 C 抽象中不存在机器，所以他们在这样做时必须避免出错。）subaddu

在 Godbolt 编译器浏览器上， MIPS gcc5.4 -O3 编译

int neg(int x) { return -x; }

进入

neg(int):
    j       $31
    subu    $2,$0,$4        # in the branch delay slot

正如我们所期望的那样。询问编译器通常是找到在 asm 中做事的有效方法的好方法。

IIRC sub 会尝试检测溢出，但是这个 make 会更慢吗？

否。在无异常情况下，据我所知，与sub具有相同的性能subu。

CPU 针对常见情况进行了大量优化。异常在正常代码中很少发生，以至于异常花费相当多的周期是没问题的。因此，CPU 内核只需要在将任何错误结果写回寄存器文件或存储到缓存/内存之前检测异常。在任何 MIPS 流水线上，执行和回写之间至少有几个流水线阶段。

在有符号溢出的情况下，ALU 可以在与结果相同的周期内产生溢出信号。（带有由大多数指令更新的“标志”寄存器的 ISA 作为add指令正常操作的一部分一直这样做：如果软件想要对 x86 或 ARM 上的有符号溢出做一些特殊的事情，他们会使用条件分支关于溢出标志（x86 上的 OF，ARM 上的 V）。MIPS 的特殊之处在于，除了对有符号溢出采取例外之外，它很难做任何事情。）