我被困在从K＆R书中以华氏度到摄氏温度为例学习汇编语言的基础知识。这是我指的C代码:
#include <stdio.h>
main()
{
int fahr, celsius;
int lower, upper, step;
lower = 0;
upper = 300;
step = 20;
fahr = lower;
while (fahr <= upper) {
celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
printf("%d\t%d\n", fahr, celsius);
fahr = fahr + step;
}
}
与GCC 4.4.7(GNU/Linux x86-64)一起，我得到了以下反汇编:
$ gcc -O0 -g -ansi -pedantic l1-2a.c
$ gdb -q a.out
(gdb) disas /m main
(gdb) disas /m main
Dump of assembler code for function main:
6 {
0x00000000004004c4 <+0>: push %rbp
0x00000000004004c5 <+1>: mov %rsp,%rbp
0x00000000004004c8 <+4>: sub $0x20,%rsp
7 int fahr, celsius;
8 int lower, upper, step;
9
10 lower = 0;
0x00000000004004cc <+8>: movl $0x0,-0xc(%rbp)
11 upper = 300;
0x00000000004004d3 <+15>: movl $0x12c,-0x8(%rbp)
12 step = 20;
0x00000000004004da <+22>: movl $0x14,-0x4(%rbp)
13
14 fahr = lower;
0x00000000004004e1 <+29>: mov -0xc(%rbp),%eax
0x00000000004004e4 <+32>: mov %eax,-0x14(%rbp)
15 while (fahr <= upper) {
0x00000000004004e7 <+35>: jmp 0x400532 <main+110>
0x0000000000400532 <+110>: mov -0x14(%rbp),%eax
0x0000000000400535 <+113>: cmp -0x8(%rbp),%eax
0x0000000000400538 <+116>: jle 0x4004e9 <main+37>
16 celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
0x00000000004004e9 <+37>: mov -0x14(%rbp),%edx
0x00000000004004ec <+40>: mov %edx,%eax
0x00000000004004ee <+42>: shl $0x2,%eax
0x00000000004004f1 <+45>: add %edx,%eax
0x00000000004004f3 <+47>: lea -0xa0(%rax),%ecx
0x00000000004004f9 <+53>: mov $0x38e38e39,%edx
0x00000000004004fe <+58>: mov %ecx,%eax
0x0000000000400500 <+60>: imul %edx
0x0000000000400502 <+62>: sar %edx
0x0000000000400504 <+64>: mov %ecx,%eax
0x0000000000400506 <+66>: sar $0x1f,%eax
0x0000000000400509 <+69>: mov %edx,%ecx
0x000000000040050b <+71>: sub %eax,%ecx
0x000000000040050d <+73>: mov %ecx,%eax
0x000000000040050f <+75>: mov %eax,-0x10(%rbp)
17 printf("%d\t%d\n", fahr, celsius);
0x0000000000400512 <+78>: mov $0x400638,%eax
0x0000000000400517 <+83>: mov -0x10(%rbp),%edx
0x000000000040051a <+86>: mov -0x14(%rbp),%ecx
0x000000000040051d <+89>: mov %ecx,%esi
0x000000000040051f <+91>: mov %rax,%rdi
0x0000000000400522 <+94>: mov $0x0,%eax
0x0000000000400527 <+99>: callq 0x4003b8 <printf@plt>
18 fahr = fahr + step;
0x000000000040052c <+104>: mov -0x4(%rbp),%eax
0x000000000040052f <+107>: add %eax,-0x14(%rbp)
19 }
20 }
0x000000000040053a <+118>: leaveq
0x000000000040053b <+119>: retq
End of assembler dump.
对我来说不清楚的是这个片段:
16 celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
0x00000000004004e9 <+37>: mov -0x14(%rbp),%edx
0x00000000004004ec <+40>: mov %edx,%eax
0x00000000004004ee <+42>: shl $0x2,%eax
0x00000000004004f1 <+45>: add %edx,%eax
0x00000000004004f3 <+47>: lea -0xa0(%rax),%ecx
0x00000000004004f9 <+53>: mov $0x38e38e39,%edx
0x00000000004004fe <+58>: mov %ecx,%eax
0x0000000000400500 <+60>: imul %edx
0x0000000000400502 <+62>: sar %edx
0x0000000000400504 <+64>: mov %ecx,%eax
0x0000000000400506 <+66>: sar $0x1f,%eax
0x0000000000400509 <+69>: mov %edx,%ecx
0x000000000040050b <+71>: sub %eax,%ecx
0x000000000040050d <+73>: mov %ecx,%eax
0x000000000040050f <+75>: mov %eax,-0x10(%rbp)
我的意思是说我了解以下所有内容:
lea -0xa0(%rax),%ecx
因为它是从
160寄存器中减去%eax的结果，该寄存器保存了5*fahr，如下所示:5 * (fahr-32) / 9 <=> (5*fahr - 5*32) / 9 <=> (5*fahr - 160) / 9
因此，在
%ecx(以及完整的%rcx)之后存储5*fahr - 160。但是，我不知道如何将其除以9。为了避免除法，这似乎有些技巧，例如“乘以逆数”，但我不知道它是如何工作的。 最佳答案
总结评论中的内容:0x38e38e39是十进制的954437177，也就是(2^33 + 1) / 9。因此，汇编代码以这种方式工作(为清楚起见，我已将(5 * fahr - 160)替换为X):
mov $0x38e38e39,%edx /* edx is now 0x38e38e39 == (2^33 + 1) / 9 */
mov %ecx,%eax /* eax is now X */
imul %edx /* edx:eax is now eax * edx == X * ((2^33 + 1) / 9) */
那就是有趣的部分开始的地方。
edx:eax表示1-operand imul，它首先填充其操作数(在本例中为edx)32位，然后将其余的低位放入eax中。实际上，我们在两个寄存器中得到了64位结果!看起来像这样:
edx是(X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 32的32个最低有效位。eax是(X * ((2^33 + 1) / 9)) % 2^32(但是很快将被丢弃)然后，我们将这些东西成形:
sar %edx /* edx is now edx >> 1 == (X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33 */
mov %ecx,%eax /* eax is now X again */
sar $0x1f,%eax /* eax is now X >> 0x1f == X >> 31 */
mov %edx,%ecx /* ecx is now (X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33 */
因此，现在
ecx是(X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33的32个最低有效位，而eax是X >> 31，即X的32个“符号位” -s(这是一个有符号的32位整数)，如果0为非负数，则等于X。 -1(如果X为负)。编辑:否定
X的特殊情况的详细阐述现在来谈谈负数会发生什么。关于
ecx的重要部分是它实际上是X * ((2^33 + 1) / 9)的32个最高有效位。就像我希望您记得的那样，用二进制表示否定数字意味着将其所有位取反，然后向其添加
1。然后，当我们添加1时，如果lsb是1，则将lsb转换为0，否则我们将其及其后面的所有位反转，直到找到第一个0，然后再对其进行反转。那么，当我们尝试否定
(X * ((2^33 + 1) / 9))时会发生什么(或者等效地，如果使用-X进行计算(在此示例中考虑X为正数)会得到什么)？当然，首先我们要反转其所有位，然后再向其中添加1。但是，对于后者(向其添加1)以影响该数字的32个最有效位，这32个最低有效位将必须等于0xFFFFFFFF。并且(请相信我)没有32位整数，当将其乘以0x38e38e39时，得出这样的结果。如此有效，在
(-X * ((2^33 + 1) / 9)) == -(X * ((2^33 + 1) / 9))时，它与32个最高有效位不同:((-X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF != -(((X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF)。相反，
(-X * ((2^33 + 1) / 9))的32个最高有效位等于(X * ((2^33 + 1) / 9))的32个最高有效位的按位取反:((-X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF != ~(((X * ((2^33 + 1) / 9)) >> 33) & 0xFFFFFFFF)。Tl; dr(表示否定
X):表示ecx的-X的值等于ecx的X的值的按位取反。我们不想要那个。因此，要获得正确的X负值结果，我们必须将1添加到ecx中(或等效地减去-1):sub %eax,%ecx /* ecx is now X / 9 */
然后是最后一部分:
mov %ecx,%eax /* eax is now X / 9 */
mov %eax,-0x10(%rbp) /* Aaand mov the result into the variable "cels" */
非常抱歉，如果我混淆了一些内容，我无法保证以GAS语法编写的asm，但希望您能理解。
T1; dr:这里的技巧是乘以逆乘以一个大数，用算术移位舍弃该大数，然后将结果四舍五入为零。
为什么要打扰？
结果，我们将划分划分为10个周期(考虑
imul也只需要一个周期)。考虑到idiv可能花费几乎两倍的周期(从11到18，正如Hans Passant在this对类似问题的回答中提到的)，这种方法可以带来巨大的性能优势。关于c - 需要说明K＆R fahr-to-cels示例的组装说明，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/27260524/