特殊的算术操作指令详解

计算机系统原理（3.5）---特殊的算术操作指令详解

 

引言

 

　　上一章我们讨论了常见的算术与逻辑运算指令，其中比较有特点的是leal指令，本章我们再来看几个比较特殊的操作指令，这些指令可以让只有32位的寄存器存储64位的数据，是不是十分霸气侧漏呢。

 

初识

 

　　我们先来看看这些指令的大致介绍，如果各位看过上一章的话，会发现这里的指令有的会有些眼熟，但是它们的作用却截然不同。以下是书中的一张概图。

　　第一个指令有些眼熟吧，它就是我们上一章当中的imul乘法指令的双字形式。不过可以看出，这里的imull指令已经完全变了味道，它将结果存入两个寄存器。接下来，我们来仔细看看这些指令。

 

imull、mull指令

 

　　这两个指令一看就是双胞胎，它们一个负责有符号全64位乘法，一个负责无符号全64位乘法。细心的猿友会发现，imull这个指令好像是负责乘法的指令，而且在之前的乘法并没有区分有符号和无符号，现在怎么又成双胞胎指令了。

　　我们上一章当中出现的指令是imul指令，当它操作双字的时候，也就是imull指令。不过不同的是，它的一般形式是imull S D，这里有两个操作数，它将计算S和D的乘积并截断为双字，然后存储在D当中。由于在截断时，无符号以及有符号的二进制序列是一样的，因此此处的乘法指令并不区分有符号和无符号。

　　本次我们讨论的imull指令，则与上面的普通乘法指令稍有不同，它只有一个操作数，也就是说，它的一般形式为imull S，这点在书中的表格中也能看出来，而另外一个操作数默认为%eax寄存器。最终的结果，会将高32位存入%edx寄存器，而低32位存入%eax寄存器。

　　试想一下，如果我们只取%eax寄存器当中的32位结果，那其实这里计算的结果就是S*%eax，此时imull S的作用就与imull S D是一样的，只是目的操作数被固定为%eax罢了。

　　接下来我们看一个简单的示例，我们去看下指令imull $0x3的结果，我们假设此时%eax寄存器的值为0x82345600。也就是我们需要计算0x3*0x82345600的值，这里LZ直接给出两者相乘的16进制表示，各位有兴趣的可以私下乘一下，为0xFFFF FFFE 869D 0200。这个结果为64位的，因此我们寄存器的前后状态如下所示。

　　可以看到，%eax保存着低32位的结果，单说这32位的话，它的有符号数值为-2036530688，正是我们直接计算0x3*0x82345600的32位截断后的有符号值，显然这个结果溢出了。如果组合上高32位，则结果为-6331497984，将它加上或者取模4294967296（2的32次方）将得到我们32位的结果。这里的有符号乘法采取的是先符号扩展被乘数，然后两者相乘，将结果再截断为64位所得。

　　对于mull的单操作数指令来讲，就比较简单了，它采用的是无符号乘法，因此就和我们平时的十进制乘法运算类似，只是同样的，它也会将结果的高32位存入%edx，将低32位存入%eax。

 

cltd指令

 

　　这个指令相对来说就非常简单了，它就是简单的将%eax寄存器的值符号扩展32位到%edx寄存器，也就是说，如果%eax寄存器的二进制序列的最高位为0，则cltd指令将把%edx置为32个0，相反，如果%eax寄存器的二进制序列最高位为1，则cltd指令将会自从填充%edx寄存器为32个1。

 

idivl、divl指令

 

　　这两个指令与前面的imull以及mull类似，它也将计算结果存放在两个寄存器当中，其中余数存放在%edx寄存器，商存放在%eax寄存器。如果各位理解了前面的imull以及mull，那么这里idivl和divl理解起来会非常简单。

　　这里LZ举一个简单的例子，考虑指令idivl $0x3的结果，我们假设此时%eax寄存器的值为0x82345600。也就是我们需要计算0x82345600/0x3的值，这里LZ直接给出两者相除的16进制表示，各位有兴趣的也可以私下除一下，商为0xD6117200，余数为0x0。因此我们寄存器的前后状态如下所示。

　　可以看到，在idivl这个指令执行的过程中，其实对被除数进行了符号扩展，类似于cltd指令，或者有时也会将%eax移动到%edx，然后对%edx进行算术右移31位的运算。这两种方式的结果是一样的，都是将%eax符号扩展32位并存储在%edx当中。

 

文章小结

 　　

　　本章介绍了几个特殊的算术运算指令，其实这些指令的运算规则都建立在2.X的基础之上，2.X当中所介绍的二进制算术规则，就是这些指令的执行方式规定。理解这些指令的指令方式，有助于提高我们联系程序代码与汇编代码之间的对应关系的能力，这是非常有用的。

　　下一章我们将进入控制结构部分，其中用到了另外一种寄存器，名叫条件寄存器。这在之前我们是提到过这个名字的，到时我们一起来看下，条件寄存器如何控制程序的执行流程。