深入理解计算机系统（3.5）------特殊的算术操作指令

　　在上一篇博客 算术和逻辑操作 我们介绍了如下图几种常用的算术逻辑指令，但是大家发现没，这几种指令如果在 IA32 上只能操作32位寄存器，比如我用乘法指令IMUL得出的结果超过了32位，那就会产生结果溢出，那应该怎么办呢？

　　

 

1、特殊的算术操作指令指令

　　

　　如上图，上面的几个指令支持有符号和无符号的全64位乘积以及整数除法，但是需要注意的是，存储结果的寄存器固定死了，是一对寄存器%edx（高32位）和%eax（低32位）组成的 64 位的四字。

 

2、imull 和 mull 指令

　　对于 imull 指令，上一章我们在讲算术和逻辑操作指令的时候，讲过这个指令，这是一个乘法指令，指令形式是 imull S D，这里有两个操作数，它将计算S和D的乘积并截断为双字，然后存储在D当中。由于在截断时，无符号以及有符号的二进制序列是一样的，因此此处的乘法指令并不区分有符号和无符号。

　　但是对于本章的 imull 指令，它和前面的所表示的乘法指令有所不同，这里只有一个操作数，如上图，它的指令形式是 imull S。但是实际上它还有一个默认的操作数——寄存器%eax，这两者相乘，最终的结果是将高32位存入%edx 寄存器，低 32 位存入%eax 寄存器。

　　如果我们只取低 32 位的结果，那么这里指令的意思和上篇博客所讲的乘法指令意思是一样的了，imull S D,只不过这里的D是寄存器 %eax。

　　这里我们可以看一个实例：imull $0x3，我们假设此时%eax寄存器的值为0x82345600。也就是我们需要计算0x3*0x82345600的值，这里直接给出两者相乘的16进制表示，为0xFFFF FFFE 869D 0200。这个结果为64位的，因此我们寄存器的前后状态如下所示。

　　本实例引用：http://www.cnblogs.com/zuoxiaolong/p/computer17.html

　　

　　可以看到，%eax保存着低32位的结果，单说这32位的话，它的有符号数值为-2036530688，正是我们直接计算0x3*0x82345600的32位截断后的有符号值，显然这个结果溢出了。如果组合上高32位，则结果为-6331497984，将它加上或者取模4294967296（2的32次方）将得到我们32位的结果。这里的有符号乘法采取的是先符号扩展被乘数，然后两者相乘，将结果再截断为64位所得。

　　对于mull的单操作数指令来讲，就比较简单了，它采用的是无符号乘法，因此就和我们平时的十进制乘法运算类似，只是同样的，它也会将结果的高32位存入%edx，将低32位存入%eax。

　　所以虽然 imull 可以用于两种不同的乘法操作，但是汇编器能够通过计算操作数的数据，分辨出想用哪条指令。

3、cltd 指令

　　这个指令就是简单的将%eax寄存器的值符号扩展32位到%edx寄存器，也就是说，如果%eax寄存器的二进制序列的最高位为0，则cltd指令将把%edx置为32个0，相反，如果%eax寄存器的二进制序列最高位为1，则cltd指令将会自从填充%edx寄存器为32个1。

 

4、idivl、divl指令

　　这两个指令分别是有符号除法和无符号除法指令，有符号除法指令 idivl 将寄存器 %edx（高32位）和 %eax（低32位）中的64位数作为被除数，而除数作为指令的操作数给出。指令将商存储在寄存器 %eax 中，将余数存储在寄存器 %edx 中。

　　比如指令idivl $0x3的结果，我们假设此时%eax寄存器的值为0x82345600。也就是我们需要计算0x82345600/0x3的值，这里直接给出两者相除的16进制表示，商为0xD6117200，余数为0x0。因此我们寄存器的前后状态如下所示。

　　

　　可以看到，在idivl这个指令执行的过程中，其实对被除数进行了符号扩展，类似于cltd指令，或者有时也会将%eax移动到%edx，然后对%edx进行算术右移31位的运算。这两种方式的结果是一样的，都是将%eax符号扩展32位并存储在%edx当中。