assembly - 我们何时以及为何签署扩展并使用带有 mul/div 的 cdq？

Question

我今天做了一个测试，唯一不明白的问题是将双字转换为四字。

这让我想到，为什么/什么时候我们为乘法或除法签署扩展？另外，我们什么时候使用cdq这样的指令？

Answer 1

使用 cdq / idiv 进行有符号 32 位/32 位 => 32 位除法，xor edx,edx/div 为无符号。

以 EAX 中的被除数开始，并将除数指定为 DIV 或 IDIV 的操作数。

   mov  eax, 1234
   mov  ecx, 17
   cdq                   ; EDX = signbit(EAX)
   idiv  ecx             ; EAX = 1234/17     EDX = 1234%17

如果在 idiv 、 you can get a large positive result for -5 / 2, for example 之前将 EDX/RDX 归零而不是符号扩展到 EDX:EAX 。

使用 64/32 位 => 32 位除法的“全功率”是可能的，但除非您知道除数足够大以便商不会溢出，否则不安全。 (即，您通常无法仅使用 (a*b) / c/mul 和 EDX:EAX 中的 64 位临时文件来实现 div。)

除法在商溢出时引发异常 (#DE)。在 Unix/Linux 上，the kernel delivers SIGFPE 用于算术异常，包括除法错误。使用正常符号或零扩展除法，溢出仅可能为 with idiv of INT_MIN / -1 (即最负数的 2 的补码特例。)

正如您从 insn ref 手册中看到的(链接在 x86 标签维基中):

一操作数 mul/imul : edx:eax = eax * src

两个操作数 imul : dst *= src 。例如 imul ecx, esi 不读取或写入 eax 或 edx。

div/idiv :将 edx:eax 除以 src。商在 eax 中，余数在 edx 中。没有任何形式的 div/idiv 忽略输入中的 edx。

cdq 将 eax 符号扩展为 edx:eax ，即将 eax 的符号位广播到 edx 的每一位。不要与 cdqe 混淆，64 位指令是 movsxd rax, eax 的更紧凑形式。

最初 (8086)，只有 cbw ( ax = sign_extend(al) ) 和 cwd ( dx:ax = sign_extend(ax) )。 x86 到 32 位和 64 位的扩展使得助记符有点含糊不清(但请记住，除了 cbw 之外，eax 内的版本总是以 e 结尾来表示扩展)。没有 dl=sign_bit(al) 指令，因为 8bit mul 和 div 是特殊的，并且使用 ax 而不是 dl:al 。

由于 [i]mul 的输入是单个寄存器，因此您无需在乘法之前对 edx 执行任何操作。

如果您的输入已签名，则对其进行签名扩展以填充您用作乘法输入的寄存器，例如使用 movsx 或 cwde ( eax = sign_extend(ax) )。如果您的输入是无符号的，则扩展为零。 (除非您只需要乘法结果的低 16 位，例如 it doesn't matter if the upper 16 bits of either or both inputs contain garbage 。)

对于除法，您总是需要将 eax 归零或符号扩展到 edx。零扩展与无条件将 edx 归零相同，因此没有特殊说明。只是 xor edx,edx 。
cdq 存在是因为它比 mov edx, eax/sar edx, 31 短得多，可以将 eax 的符号位广播到 edx 中的每一位。此外，立即计数 > 1 的移位直到 186 才存在，并且每个计数仍然是 1 个周期，因此在 8086 上，您必须做更糟糕的事情(例如分支，或将符号位旋转到底部并隔离 + neg它)。所以8086中的cwd在需要的时候节省了大量的时间/空间。

在 64 位模式下，符号和零将 32 位值扩展到 64 位是常见的。 ABI 允许在保存 32 位值的 64 位寄存器的高 32 位中存在垃圾，因此如果您的函数只应该查看 edi 的低 32 位，则不能仅使用 [array + rdi] 来索引数组。

所以你会看到很多 movsx rdi, edi(符号扩展)或 mov eax, edi(零扩展，是的，使用不同的目标寄存器更有效，因为英特尔 mov-elimination 不适用于 mov same,same )