정수 산술연산과 관련된 인스트럭션 정리.
1. 정수의 산술연산
| Instruction | Effect | Description |
|---|---|---|
| leaq S, D | D <- &S | Load effective address |
| inc D | D <- D + 1 | Increment |
| dec D | D <- D - 1 | Decrement |
| neg D | D <- -D | Negate |
| not D | D <- -D | Complement |
| add S, D | D <- D + S | Add |
| sub S, D | D <- D - S | Subtract |
| imul S, D | D <- D * S | Multiply |
| xor S, D | D <- D ^ S | Exclusive-or |
| or S, D | D <- D | S | Or |
| and S, D | D <- D & S | And |
| sal k, D | D <- D « k | Left shift |
| shl k, D | D <- D « k | Left shift (same as sal) |
| sar k, D | D <- D »A k | Arithmetic right shift |
| shr k, D | D <- D »L k | Logical right shift |
leaq(Load Effective Address, Quad word) 인스트럭션은 movq 인스트럭션의 변형판이라고 보면 된다.
추가로 S에 & 연산자가 붙은 것이 차이점인데, 이 연산자는 C언어에서 주소를 반환하는 &연산자와 같다.
이해를 위해 예제를 보자. 정수연산을 하는 코드다.
long scale(long x, long y, long z) {
long t = x + 4*y + 12*z;
return t;
}
gcc -O1 -S scale.c 명령어로 컴파일하자.
scale:
.LFB0:
.cfi_startproc
leaq (%rdi,%rsi,4), %rax ; %rax = x + 4*y
leaq (%rdx,%rdx,2), %rdx ; %rdx = z + 2*z = 3*z
leaq (%rax,%rdx,4), %rax ; %rax = %rax + 4*%rdx = x + 4*y + 12*z
ret
.cfi_endproc
주소연산과는 관련 없어보이는 이러한 연산에도 많이 쓰이는 것을 확인할 수 있다.
sal, shl, sar, shr과 같은 쉬프트 연산의 source에는 상수 또는 단일 바이트 레지스터 %cl로 명시할 수 있다.
특정 레지스터 %cl만 operand로 허용하는 점이 특이하다.
연습문제를 보면 다음과 같은 C 함수의 어셈블리 코드 중 일부를 작성하는 문제가 있다.
long shitf_left4_rightn(long x, long n) {
x <<= 4;
x >>= n;
return x;
}
어셈블리 코드는 아래와 같다.
shift_left4_rightn:
.LFB0:
.cfi_startproc
movq %rdi, %rax
salq $4, %rax
movl %esi, %ecx
sarq %cl, %rax
ret
.cfi_endproc
%cl 오퍼랜드를 사용하기 위해 %esi의 값을 %ecx에 movl 인스트럭션으로 복사하는 것이 인상적이다.
2. 특수 산술연산
| Instruction | Effect | Description |
|---|---|---|
| imulq S | R[%rdx]:R[%rax] <- S * R[%rax] | Signed full multiply |
| mulq S | R[%rdx]:R[%rax] <- S * R[%rax] | Unsigned full multiply |
| cqto | R[%rdx]:R[%rax] <- SignExtend(R[%rax]) | Convert to oct word |
| idivq S | R[%rdx] <- R[%rdx]:R[%rax] mod S;R[%rdx] <- R[%rdx]:R[%rax] / S; | Signed divide |
| divq S | R[%rdx] <- R[%rdx]:R[%rax] mod S;R[%rdx] <- R[%rdx]:R[%rax] / S; | Unsigned divide |
64비트 정수형간 곱셈의 결과값 표시를 위해서는 128비트가 필요하다. 참고로 128비트 워드는 oct word라고 불린다.
곱셈 확인을 위해 아래 C코드의 어셈블리를 확인해본다. gcc에서 제공하는 __int128을 사용했다.
#include <inttypes.h>
typedef unsigned __int128 uint128_t;
void store_uprod(uint128_t *dest, uint64_t x, uint64_t y) {
*dest = x * (uint128_t)y;
}
store_uprod:
.LFB4:
.cfi_startproc
movq %rsi, %rax ; Copy x to multiplicand
mulq %rdx ; Multiply by y
movq %rax, (%rdi) ; Store lower 8 bytes at dest
movq %rdx, 8(%rdi) ; Store upper 8 bytes at dest+8
ret
.cfi_endproc
계산결과 중 중요한 바이트가 %rdx에, 덜 중요한 바이트가 %rax에 대입된 것을 확인할 수 있다.
나눗셈도 확인해보자.
void remdiv(long x, long y,
long *qp, long *rp) {
long q = x/y;
long r = x%y;
*qp = q;
*rp = r;
}
remdiv:
.LFB0:
.cfi_startproc
movq %rdi, %rax ; Move x to lower 8 bytes of dividend
movq %rdx, %rdi ; Copy qp
cqto ; Sign-extend to upper 8 bytes of dividend
idivq %rsi ; Divide by y
movq %rax, (%rdi) ; Store quotient at qp
movq %rdx, (%rcx) ; Store remainder at rp
ret
.cfi_endproc
divq을 사용하기 전에 128비트 %rdx:%rax가 준비돼있어야 한다. 보통은 64비트 %rax를 128비트 %rdx:%rax로 확장하는 cqto 인스트럭션을 사용한다.
나눗셈 결과는 %rax에, 나머지 결과는 %rdx에 저장된다.
3. 마무리
제어문까지 쓰려고 했는데 헬스장 갈 시간이 돼서ㅎ
표 작성도 몇번 하니까 익숙하다.
출처
‘Computer Systems A Programmer’s Perspective (3rd Edition)’