c - 如何在 C 中使用 asm 添加两个 64 位数字时访问进位标志

Question

是的，谢谢，这行得通。 @彼得科德斯。 __int128 也有效。但是还有一件事正如您所说，使用 C 中的 _addcarry_u64 多精度算术的内在函数，使用头文件 immintrin.h 我有以下代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <immintrin.h>

unsigned char _addcarry_u64(unsigned char c_in, uint64_t src1, uint64_t src2,uint64_t *sum);

int main()
{
    unsigned char carry;
    uint64_t sum;
    long long int c1=0,c2=0;
    uint64_t a=0x0234BDFA12CD4379,b=0xA8DB4567ACE92B38;
    carry = _addcarry_u64(0,a,b,&sum);
    printf("sum is %lx and carry value is %u n",sum,carry);
    return 0;
}

你能指出错误吗？我得到了对 _addcarry_u64 的 undefined reference 。一些快速谷歌没有回答这个问题，如果要使用任何其他头文件或者它与 gcc 不兼容，为什么这样

最初我有这段代码用于添加两个 64 位数字:

static __inline int is_digit_lessthan_ct(digit_t x, digit_t y)
{ // Is x < y?
    return ( int)((x ^ ((x ^ y) | ((x - y) ^ y))) >> (RADIX-1)); 
}


#define ADDC(carryIn, addend1, addend2, carryOut, sumOut) \
       { digit_t tempReg = (addend1) + (int)(carryIn);    \
                (sumOut) = (addend2) + tempReg;           \
              (carryOut) = (is_digit_lessthan_ct(tempReg, (int)(carryIn)) | is_digit_lessthan_ct((sumOut), tempReg)); \
 }

现在我知道使用汇编语言可以提高这个实现的速度。所以我正在尝试做类似的事情，但是我无法访问或返回进位。这是我的代码:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdint.h>
uint64_t add32(uint64_t a,uint64_t b)
{
    uint64_t d=0,carry=0;
    __asm__("mov %1,%%rax\n\t"
            "adc %2,%%rax\n\t"
            "mov %%rax,%0\n\t"
            :"=r"(d)
            :"r"(a),"r"(b)
            :"%rax"
           );
    return d;
}
int main()
{
    uint64_t a=0xA234BDFA12CD4379,b=0xA8DB4567ACE92B38;
    printf("Sum = %lx \n",add32(a,b));
    return 0;
}

这个加法的结果应该是 14B100361BFB66EB1，其中 msb 的第一个 1 是进位。我想将该进位保存在另一个寄存器中。我试过 jc，但我遇到了一些或其他错误。甚至 setc 也给我错误，可能是因为我不确定语法。那么谁能告诉我如何通过修改此代码将进位保存在另一个寄存器中或将其返回？

Answer 1

像往常一样，内联汇编并不是绝对必要的。 https://gcc.gnu.org/wiki/DontUseInlineAsm .但目前编译器不太适合实际的扩展精度加法，因此您可能需要 asm 来实现这一点。

adc 有一个 Intel 内在函数: _addcarry_u64 .但是gcc and clang may make slow code. ， 很遗憾。在 64 位平台上的 GNU C 中，您可以只使用 unsigned __int128 .

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编译器在检查加法的进位时通常设法生成非常好的代码使用成语carry_out = (x+y) < x ，其中 <是无符号比较。例如:

struct long_carry { unsigned long res; unsigned carry; };

struct long_carry add_carryout(unsigned long x, unsigned long y) {
    unsigned long retval = x + y;
    unsigned carry = (retval < x);
    return (struct long_carry){ retval, carry };
}

gcc7.2 -O3 emits this (并且 clang 发出类似的代码):

    mov     rax, rdi        # because we need return value in a different register
    xor     edx, edx        # set up for setc
    add     rax, rsi        # generate carry
    setc    dl              # save carry.
    ret                     # return with rax=sum, edx=carry  (SysV ABI struct packing)

使用内联汇编没有比这更好的方法了；这个函数看起来已经是现代 CPU 的最佳选择。 (好吧，我想如果 mov 不是零延迟，首先执行 add 会缩短携带准备就绪的延迟。但在 Intel CPU 上，最好立即覆盖移动消除结果，所以它是最好先移动再添加。)

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Clang 甚至会使用 adc使用一个添加的进位作为另一个添加的进位，但仅限于第一个分支。可能是因为:更新:this function is broken : carry_out = (x+y) < x有随身携带时不起作用。与 carry_out = (x+y+c_in) < x , y+c_in可以回零并给你 (x+0) < x (false) 即使有进位。

注意 clang 的 cmp/adc reg,0完全实现了 C 的行为，这与另一个不同 adc那里。

无论如何，gcc 甚至不使用 adc第一次，在安全的时候。 (因此，使用 unsigned __int128 表示不差劲的代码，使用 asm 表示比它更宽的整数)。

// BROKEN with carry_in=1 and y=~0U
static
unsigned adc_buggy(unsigned long *sum, unsigned long x, unsigned long y, unsigned carry_in) {
    *sum = x + y + carry_in;
    unsigned carry = (*sum < x);
    return carry;
}

// *x += *y
void add256(unsigned long *x, unsigned long *y) {
    unsigned carry;
    carry = adc(x, x[0], y[0], 0);
    carry = adc(x+1, x[1], y[1], carry);
    carry = adc(x+2, x[2], y[2], carry);
    carry = adc(x+3, x[3], y[3], carry);
}

    mov     rax, qword ptr [rsi]
    add     rax, qword ptr [rdi]
    mov     qword ptr [rdi], rax

    mov     rax, qword ptr [rdi + 8]
    mov     r8, qword ptr [rdi + 16]   # hoisted
    mov     rdx, qword ptr [rsi + 8]
    adc     rdx, rax                   # ok, no memory operand but still adc
    mov     qword ptr [rdi + 8], rdx

    mov     rcx, qword ptr [rsi + 16]   # r8 was loaded earlier
    add     rcx, r8
    cmp     rdx, rax                    # manually check the previous result for carry.  /facepalm
    adc     rcx, 0

    ...

这很糟糕，所以如果你想要扩展精度加法，你仍然需要 asm.但是为了将进位输出放入 C 变量中，您不需要。