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我认为2的补码的重点是对于有符号和无符号数字的操作可以采用相同的方式.维基百科甚至特别列出了多重作为其中一项有益的操作.那么为什么x86对每个都有单独的指令,mul并且imul？x86-64仍然如此吗？

在汇编编程中,想要从寄存器的低位计算某些东西是相当普遍的,这些位不能保证将其他位置零.在像C这样的高级语言中,你只需将输入转换为小尺寸,让编译器决定是否需要分别将每个输入的高位归零,或者是否可以在输出之后切断结果的高位.事实.

这是为x86-64的(又名AMD64),出于各种原因尤其常见¹,其中的一些是存在于其它的ISA.

我将使用64位x86作为示例,但目的是询问/讨论2的补码和无符号二进制算法,因为所有现代CPU都使用它.(注意,C和C++不保证两个补码⁴,并且有符号溢出是未定义的行为.)

作为示例,考虑一个可以编译为LEA指令²的简单函数.(在X86-64 SysV的(Linux)的ABI ³,前两个函数参数是rdi和rsi,与在返回rax. int是一个32位的类型.)

; int intfunc(int a, int b) { return a + b*4 + 3; }
intfunc:
    lea  eax,  [edi + esi*4 + 3]  ; the obvious choice, but gcc can do better
    ret

gcc知道即使是负有符号整数,加法也只是从右到左,所以输入的高位不会影响进入的内容eax.因此,它保存了一个指令字节并使用 lea eax, [rdi + rsi*4 + 3]

哪些其他操作具有结果低位的这种属性而不依赖于输入的高位？

为什么它有效？

脚注

¹为什么x86-64频繁出现这种情况:x86-64有可变长度指令,其中额外的前缀字节改变了操作数大小(从32到64或16),因此在指令中通常可以保存一个字节.以相同的速度执行.当写入低8b或16b的寄存器(或稍后读取完整寄存器(Intel pre-IvB)时的失速)时,它也具有错误依赖性(AMD/P4/Silvermont):由于历史原因, …

我编译了以下程序:

#include <stdint.h>

uint64_t usquare(uint32_t x) {
  return (uint64_t)x * (uint64_t)x;
}

这拆解为:

 0: 89 f8                   mov    eax,edi
 2: 48 0f af c0             imul   rax,rax
 6: c3                      ret  

但是imul用于乘以有符号数字的指令.那为什么用gcc呢？

/ edit:使用uint64_t程序集时类似:

0:  48 0f af ff             imul   rdi,rdi
4:  48 89 f8                mov    rax,rdi
7:  c3                      ret