c++ - 按照每个通用寄存器的用途对 x86 程序集进行编码是否有必要或更容易

Question

一般来说，按照每个寄存器的用途编写 x86 汇编代码是否有必要或更容易？

x86 体系结构中的每个寄存器最初都设计为具有特殊用途，但现代编译器似乎并不关心它们的使用(除非在某些特殊条件下，例如 REP MOV 或 MUL)。

那么，根据每个寄存器的用途，代码会更容易或更优化吗？(不管与某些寄存器相同的特殊指令(或编码)如何)

例如(我可以改用 REP MOVSB 或 LODSB STOSB，但只是为了演示):

第一个代码:

LEA ESI,[AddressOfSomething]
LEA EDI,[AddressOfSomethingElse]
MOV ECX,NUMBER_OF_LOOP
LoopHere:
MOV AL,[ESI]
ADD AL,8
MOV [EDI],AL
ADD ESI,1
ADD EDI,1
CMP AL,0
JNZ LoopHere
TheEnd:
;...

第二个代码:

LEA ECX,[AddressOfSomething]
LEA EDX,[AddressOfSomethingElse]
MOV EBX,NUMBER_OF_LOOP
LoopHere:
MOV AL,[ECX]
ADD AL,8
MOV [EDX],AL
ADD ECX,1
ADD EDX,1
CMP AL,0
JNZ LoopHere
TheEnd:
;...

我使用的编译器--Visual Studio 2015在做这样的任务时通常使用第二种方法，它不使用寄存器取决于它的目的，相反，编译器只根据它的目的选择使用什么寄存器“ volatile ”或“非 volatile ”特征(调用函数后)。正因为如此，所有高级程序设计语言编程的软件反汇编都采用第二种方法。

另一个有趣的事实是，在 ARM 语言中，GPR 都是同一个用途，被命名为 R0-R7，这意味着用它编码时，代码会更类似于 2nd code。

总而言之，我认为这两个代码使用相同的指令，因此无论我使用什么寄存器，它都应该具有相同的速度。但我是对的吗？哪种代码更容易编码？

Answer 1

以下各寄存器的用途主要实现:

• 代码密度

  例如使用 A register¹ 通常会减少移动、算术、逻辑和 IO² 等常见操作的代码大小。
  使用 C注册计数让你利用 jcxz指令族，避免显式比较。
  movsd和类似的是非常“密集”的指令，它们执行复杂的操作，否则将需要大量代码。

  但是code density doesn't mean "faster"由于 x86 显然是 CISC，执行复杂指令可能比等效的一系列更简单指令花费更多时间³。

• 可读性

  像rep movsd这样的指令实际上是一种“高级”编码循环的方式，可将数据从源移动到目的地。
  解析循环

  push eax
  pushf
  .loop:
    mov eax, DWORD [esi]
    mov DWORD [es:edi], eax
  
    add esi, 4*(1-D*2)
    add edi, 4*(1-D*2)
  
    dec ecx
    jnz .loop
  popf
  pop eax
  

  要困难得多。

• 地道编程

  SP的使用因为堆栈指针由许多指令( call 、 ret 、 push 、 ...)承担。
  可以避免使用 SP作为堆栈指针，但它不会很惯用(也不高效)。

• 更少的数据移动

  在实模式下，只有少数寄存器可以用作基址(其中之一是 B 寄存器)。
  将地址保存在 B 中从一开始就避免将它们移入其中。尽管寄存器-寄存器移动如今不需要执行单元，但它们使源代码更难阅读⁴。

今天大多数惯用的寄存器用法都放宽了⁵，因为太多的特定用途寄存器减少了编译器可以做的优化(并且溢出到堆栈上是昂贵的)。

CPU 非常复杂，如果您想编写速度代码，那么您应该只考虑速度指标。惯用的寄存器用法不是其中之一，一方面是 there is not a single A , B or C register在微架构级别，程序员看到的“注册”只是一个人类概念(好吧，也是一个前端概念)。

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¹ 以 AL、AX、EAX、RAX 形式br/>² mov A, [mem]使用操作码 A0 或 A1，而 mov B, [mem]使用 8A 1E 或 8B 1E。 add也是如此和类似的。 in , out , div , mul强制使用 A .
³ 但不是抓取和解码。
⁴ 数据移入寄存器是否有等效的“意大利面条代码”？
⁵ 例如考虑各种寻址模式或imul说明