特殊的算术操作指令详解

前言

上一讲,我们说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,本次我们在介绍几个较特殊的操作指令,这些指令可以让只有32位的寄存器存储64位的数据是不是很吊?

 

正文

 

我们来看一下这些指令的大致介绍,如果又仔细看过上一讲的内容,可能会发现这里的指令有些眼熟,但是他们的作用却截然不同.以下是书中的一张概图:

 

 

第一个指令很眼熟吧,他就是我们上一章说的imull乘法指令的双字形式.不过可以看出,这里的imull指令已经完全变了了个人,他将结果存入两个寄存器.接下来,我们来看看这些指令.

 

 

imull,mull指令

这两个指令一看就是双胞胎,他们一个负责有符号位全64位乘法,一个负责无符号位全64位乘法.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,现在怎么又成了双胞胎了呢?

我们再上一张当中出现的指令时imull指令,当他操作双字的时候,也就是imull指令.不过不同的是,他的一般形式是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imull指令,则与上面的普通乘法指令稍有不同,他只有一个操作数,也就是说,他的一般形式为imull S,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的作用与imull S D的作用是一样的,,只是目的操作数被固定为%eax罢了.

 

接下来我们看一个案例,我们去看指令imull $0x3的结果,我们假设此时%eax寄存器的值为0x82345600.也就是我们需要你计算0x3*0x82345600的值,这里我直接给出了两者相乘的十六进制表示,为0xFFFF FFFE 869D 0200.这个结果也是64位的,因此我们寄存器的前后状态为:

 

 

 

可以看出来,%eax保存着低32位的结果,单说这32位的话,他的有符号数值为-2036530688,正是我们直接计算0x3*0x82345600位截断后的有符号值,显然这个结果一出了.如果组合上高32位,则结果为-6331497984,将它加上或者取模(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位扩展被乘数,然后两者相乘,将结果再阶段为64位所得.

对于mull的单操作数指令来说,就很简单了,它采用的是无符号乘法,因此就和我们平时的十进制乘法类似可,只是同样的,他也会将结果的高32位存入%edx,将低32位存入%eax

 

 

cltd指令

这个指令相对来说很简单,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指令就把%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

这两个指令玉前面的imull和mull类似,它也将计算结果粗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.如果你能了解前面说的imull和mull,那么这里的idivl和divl理解起来就会很简单.

举个例子,考虑指令idivl $0x3的结果,我们结社此时%eax寄存器的值为0x82345600.也就是数我们需要计算0x82345600/0x3的值,在这里我直接给出两数相除的16进制表示,商为0xD6117200.余数为0x0.因此我们寄存器的前后状态如下所示:

 

可以看出,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.

 

 

小小的结一下

本次我们介绍了一下介个特殊的算术运算指令,其实这些指令的运算规则都是建立在二进制算术规则的基础上的,二进制算数规则就是这些指令的执行方式规定.