程序控制过程机器级表示(访问条件码)-《深入理解计算机系统》笔记

笔记（程序控制过程机器级表示）：

粤语残片上面的字幕是要从右往左读的，跟现代的书写习惯不一致，因此看起来很不习惯。其实很多事物都有类似的情况，

之所以不习惯是因为你把它读反了。

就像用条件码去判断两个数（a和b）的大小，为什么是用（SF^OF）去判断？为什么不是用（SF&OF）不是（SF|OF）等？

从因为“（SF^OF）”所以是“a<b?”去推导，会比因为是“a<b? ” 所以有“（SF^OF）”难好多。因为前者是反向推导。

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条件码：

除了整数寄存器外，CPU还维护着一组单个位的条件码(condtion code)寄存器，它们描述了最近的自述或逻辑操作的属性。

通过检测这些寄存器的状态来执行条件分支指令。最常用的条件码有：

    CF: 进位标志。最近的操作使用最高位产生了进位。可以用来检查无符号操作数的溢出。

    ZF: 零标志。最近的操作得出的结果为0.

    SF: 符号标志。最近的操作得到的结果为负数。

    OF: 溢出标志。最近的操作导致一个补码溢出——正溢出或负溢出。

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试下顺着去推导：因为是“a<b? ” 所以有“（SF^OF）”

假设a和b是有符号数，怎样去判断“a<b”正确与否？通常的方法是将两个数相减，t=a+(-b);  根据结果t去判断。

假如t是负数，则"a<b"为真（SF=1）

假如t是零或正数，则"a<b"为假（SF=0）

但是因为a和b 是有符号数，要考虑到溢出的情况，因此不能单凭结果t去做判断；

结合溢出的情况重新整理如下：

假如t是正数（SF=0） ，没有发生溢出（OF=0）,“则"a<b"为假 ”（0）；

假如t是正数（SF=0） ，发生溢出（OF=1）,     “则"a<b"为真”（1）；

假如t是正数（SF=1） ，没有发生溢出（OF=0）,“则"a<b"为真 ”（1）；

假如t是正数（SF=1） ，发生溢出（OF=1）,     “则"a<b"为假 ”（0）；

变成表格：

SF

位运算

OF

结果：a<b

0

（）

0

0

0

（）

1

1

1

（）

0

1

1

（）

1

0

根据这个表格，很容易就得知表格括号里面填的是^（异或）而不是其他的& | 等。

现在将（SF^OF）的结果赋值给D，表示成一个指令：setl D

梳理一下：要判断a是否小于b，先是要将a和b相减得到结果t，再根据t和溢出状态去判断。

所以int comp(data_t  a , data_t  b)

这条函数转换成汇编指令就是： (a的值存在%rdi 里面，b 的值存在%rsi 里面 )

comp:

     cmpq       %rsi , %rdi       (比较a和b ，其实就是用a-b)

     setl           %al                  （将最近一次的算术或逻辑操作的属性放到%al里，结果是0或1）

     movzbl     %al ,  %eax        （将%eax的高位置零，防止之前有未置零的值影响到结果）

     ret

到此，解析了“a<b”是用（SF^OF） 去判断的原理，那“a<=b”又要怎么判断呢？

其实很简单，将（SF^OF）取反就是了，~（SF^OF）

慢慢推导可以得出下表：

有个疑惑的地方就是：

比较无符号数时有：t=a-b

当a-b<0时CMP 指令会设置进位标志（CF=1）？

但既然a和b是无符号数，就不会出现小于零的情况啊！

测试了下：

int main(void){

    unsigned int y = 2;

    unsigned int z = 1;

    printf("%u\n",z-y);

}

//结果是4294967295，就是二进制的32个1，有符号模式的-1

最后网上查了下，有人说虽然ab是无符号数，但进行CMP比较时还是将a-b的结果当成有符号数的。

这说法也比较符合上面的测试结果。