发出 DIV 指令，而不是 __udivti3

Question

考虑以下代码：

unsigned long long div(unsigned long long a, unsigned long long b, unsigned long long c) {
    unsigned __int128 d = (unsigned __int128)a*(unsigned __int128)b;
    return d/c;
}

当使用 x86-64 gcc 10 或 clang 10 编译时，两者都带有-O3，它会发出 __udivti3, 而不是DIVQ指令：

div:
    mov     rax, rdi
    mov     r8, rdx
    sub     rsp, 8
    xor     ecx, ecx
    mul     rsi
    mov     r9, rax
    mov     rsi, rdx
    mov     rdx, r8
    mov     rdi, r9
    call    __udivti3
    add     rsp, 8
    ret

至少在我的测试中，前者比后者（已经）慢得多，因此问题是：有没有办法让现代编译器发出DIVQ上述代码？

编辑：假设商适合 64 位寄存器。

Answer 1

div如果商不适合 64 位，则会出错。在一般情况下，使用(a*b) / cmul + 单个 div 并不安全（不会为每个可能的输入实现抽象机语义），因此编译器无法为 x86-64 生成那样的 asm。

即使您确实为编译器提供了足够的信息来确定除法不能溢出（即high_half < divisor），不幸的是 gcc/clang 仍然不会将其优化为div具有非零高半除数（RDX）的单个 a 。

您需要一个内在或内联汇编来显式执行 128 / 64 位 => 64 位除法。例如，128 乘法和除法的内在函数具有 GNU C 内联汇编，看起来分别适合低/高半部分。

不幸的是，GNU C 没有为此的内在函数。不过，MSVC 确实如此：64 位机器上的无符号 128 位除法具有链接。