c - 整数加法中多余的中间存储指令

Question

背景:-O3 优化级别的 GCC 6.1 生成此程序集:

    test    ecx, ecx
    je      .L8
    xor     r8d, r8d
    xor     eax, eax

.L7:
    xor     r9d, r9d
    add     eax, DWORD PTR [rdi+r8*4]     ; adding a[i]
    setc    r9b
    add     eax, DWORD PTR [rsi+r8*4]     ; adding b[i]
    mov     r11d, eax                     ; excessive mov (#1)
    setc    r10b
    mov     DWORD PTR [rdx+r8*4], r11d    ; storing at s[i]
    add     r8, 1
    movzx   r10d, r10b
    cmp     ecx, r8d
    lea     eax, [r10+r9]                 ; sorcery (#2)
    ja      .L7
    rep ret

.L8:
    xor     eax, eax
    ret

对于这个函数:

limb_t add(
    const limb_t *a,
    const limb_t *b,
    limb_t *s,
    int n
) {
    limb_t c = 0, t = 0;

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        t = a[i] + c;
        c = t < a[i];

        t += b[i];
        c += t < b[i];

        s[i] = t;
    }

    return c;
}

其中a、b和s是等长n肢体的整数，在内存中存储为a Little Endian 中 32 位单元(肢、数字)的连续序列(即，第一个是最低有效肢)。

此函数将两个非负加数a和b相加，将和存储在s中，并返回进位c 。临时变量 t 保存当前总和，并启用 a == s 和 b == s 场景。

正如我从汇编中推断的那样，

• rdi 寄存器保存a 加数的基址，
• rsi寄存器保存b加数的基址，
• rdx 寄存器保存s的基址，求和，
• eax 为 c carry 和 t 临时注册帐户
• r8 寄存器保存i，循环计数器，
• ecx 寄存器保存 n，加数和总和的四肢长度。

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我的第一个问题是:

<强>1。为什么 eax 寄存器值在 r11d 寄存器中的中间存储在将其移动到内存 [rdx + r8*4] 之前发生(当前分支和)？

我没有看到 r11 寄存器的任何其他用法，但用于这种过多的存储操作；而 mov 指令实际上允许从 eax 寄存器中移动，为什么不从那里移动值呢？

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我的第二个问题是:

<强>2。这个带有 lea 指令和进位值的魔法是什么？

    lea     eax, [r10+r9]                 ; sorcery (#2)

它实际计算的是什么？ lea = r10 + r9？而且，在这种情况下，为什么我们必须使用此 movzx 指令在每次循环迭代时清除 r10 的高位？

    movzx   r10d, r10b

Answer 1

第一个似乎是“错过优化”编译器错误。

第二个需要产生c t = a[i] + c; 的双字大小它通过使用不同的方法扩展两个逻辑值来做到这一点，这无疑有点奇怪:

t < a[i];由 xor r9d, r9d 执行和 setc r9b但是t < b[i]由 setc r10b 执行和 movzx r10d, r10b一对。这不是很明显，但这可能有合理的指令调度原因。

将两个逻辑值相加是由 lea eax, [r10+r9] 完成的用来代替 add有两个原因。首先，它不影响标志，所以它可以插入 cmp 之间和 ja .其次，它可以在第三个寄存器中产生输出。

另一种可能性是先将两个逻辑值相加，然后只扩展结果。不确定这是否是更好的方法。另外，一个临时寄存器就足够了。