使用单个 divl 指令进行除法和模数（i386、amd64）

Question

我试图为 gcc 提供内联汇编，以使用单个 divl 指令获得除法和模数。不幸的是，我不太擅长组装。有人可以帮我解决这个问题吗？谢谢。

Answer 1

你正在寻找这样的东西：

__asm__("divl %2\n"
       : "=d" (remainder), "=a" (quotient)
       : "g" (modulus), "d" (high), "a" (low));

虽然我同意其他评论者的观点，通常 GCC 会为你做这件事，并且你应该尽可能避免内联汇编，但有时你需要这种构造。

例如，如果高位字小于模数，则可以安全地执行这样的除法。然而，GCC 还不够聪明，无法意识到这一点，因为在一般情况下，将 64 位数字除以 32 位数字可能会导致溢出，因此它会调用库例程来完成额外的工作。 （对于 64 位 ISA，替换为 128 位/64 位。）

Answer 2

您不应该尝试自己优化它。 GCC 已经这样做了。

volatile int some_a = 18, some_b = 7;

int main(int argc, char *argv[]) {
    int a = some_a, b = some_b;
    printf("%d %d\n", a / b, a % b);
    return 0;
}

运行

gcc -S test.c -O

产生结果

main:
.LFB11:
    .cfi_startproc
    subq    $8, %rsp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    movl    some_a(%rip), %esi
    movl    some_b(%rip), %ecx
    movl    %esi, %eax
    movl    %esi, %edx
    sarl    $31, %edx
    idivl   %ecx
    movl    %eax, %esi
    movl    $.LC0, %edi
    movl    $0, %eax
    call    printf
    movl    $0, %eax
    addq    $8, %rsp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    ret

请注意，余数 %edx 没有移动，因为它也是传递给 printf 的第三个参数。

编辑：32 位版本不太混乱。传递 -m32 产量

main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    andl    $-16, %esp
    subl    $16, %esp
    movl    some_a, %eax
    movl    some_b, %ecx
    movl    %eax, %edx
    sarl    $31, %edx
    idivl   %ecx
    movl    %edx, 8(%esp)
    movl    %eax, 4(%esp)
    movl    $.LC0, (%esp)
    call    printf
    movl    $0, %eax
    leave
    ret

Answer 3

幸运的是，您不必借助内联汇编来实现此目的。 gcc 会在可能的情况下自动执行此操作。

$ cat divmod.c

struct sdiv { unsigned long quot; unsigned long rem; };

struct sdiv divide( unsigned long num, unsigned long divisor )
{
        struct sdiv x = { num / divisor, num % divisor };
        return x;
}

$ gcc -O3 -std=c99 -Wall -Wextra -pedantic -S divmod.c -o -

        .file   "divmod.c"
        .text
        .p2align 4,,15
.globl divide
        .type   divide, @function
divide:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        movq    %rdi, %rax
        xorl    %edx, %edx
        divq    %rsi
        ret
        .cfi_endproc
.LFE0:
        .size   divide, .-divide
        .ident  "GCC: (GNU) 4.4.4 20100630 (Red Hat 4.4.4-10)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

Answer 4

是的——divl 将在 eax 中产生商，在 edx 中产生余数。使用 Intel 语法，例如：

mov eax, 17
mov ebx, 3
xor edx, edx
div ebx
; eax = 5
; edx = 2

Answer 5

这是Linux内核代码中关于divl的示例

    /*
 * do_div() is NOT a C function. It wants to return
 * two values (the quotient and the remainder), but
 * since that doesn't work very well in C, what it
 * does is:
 *
 * - modifies the 64-bit dividend _in_place_
 * - returns the 32-bit remainder
 *
 * This ends up being the most efficient "calling
 * convention" on x86.
 */
#define do_div(n, base)                     \
({                              \
    unsigned long __upper, __low, __high, __mod, __base;    \
    __base = (base);                    \
    if (__builtin_constant_p(__base) && is_power_of_2(__base)) { \
        __mod = n & (__base - 1);           \
        n >>= ilog2(__base);                \
    } else {                        \
        asm("" : "=a" (__low), "=d" (__high) : "A" (n));\
        __upper = __high;               \
        if (__high) {                   \
            __upper = __high % (__base);        \
            __high = __high / (__base);     \
        }                       \
        asm("divl %2" : "=a" (__low), "=d" (__mod)  \
            : "rm" (__base), "0" (__low), "1" (__upper));   \
        asm("" : "=A" (n) : "a" (__low), "d" (__high)); \
    }                           \
    __mod;                          \
})