为什么GCC选择了dword movl将很长的班次计数复制到CL？

问题描述

在计算机系统：程序员的视线的第三章中，在讨论移位操作时给出了一个示例程序：

long shift_left4_rightn(long x,long n)
{
    x <<= 4;
    x >>= n;
    return x;
}

其汇编代码如下（可复制GCC10.2 -O1 for x86-64 on the Godbolt compiler explorer。-O2以不同的顺序安排指令，但仍将movl用于ECX）：

shift_left4_rightn ：
endbr64
movq％rdi，％rax 获取x
salq 4美元，％rax x
movl％esi，％ecx 获取n
sarq％cl，％rax x >> = n
ret

我想知道为什么获取n的汇编代码是movl　%esi,%ecx而不是movq　%rsi,%rcx，因为n是一个四字。

另一方面，如果考虑优化，movb　%sil,%cl可能更合适，因为移位量仅使用单字节寄存器元素%cl，而那些较高的位都将被忽略。

结果，我真的不知道在处理长整数时使用“ movl％esi，％ecx ”的原因。

解决方法

是的，GCC意识到sar将忽略高位。
那么movl是应用两个简单的优化规则的自然结果：

• 避免写入部分寄存器（即8或16位，其中写入会合并到旧值而不是零扩展中）。 Why doesn't GCC use partial registers?-由于不同的微体系结构，出于各种原因，包括在这种情况下对RCX的旧值的错误依赖。
• Prefer 32-bit operand size，因为它是x86-64机器代码中的默认值，不需要任何前缀。而且对于任何指令，它至少与其他任何操作数大小一样快。

有趣的事实：即使arg是uint8_t，编译程序还是希望使用movl %esi,%ecx。您可能会认为，当arg值仅在SIL中时，读取更宽的寄存器可能会导致部分寄存器停顿，但是对x86-64 System V调用约定的非官方扩展是callers should zero or sign extend narrow args to at least 32-bit。因此，我们可以假定它是使用至少32位操作编写的。

其他一些选择的具体缺点：

• movq %rsi,%rcx-浪费REX前缀（代码大小不足）。
• movb %sil,%cl-写入部分寄存器，但仍需要REX前缀才能访问SIL。
• movzbl %sil,%ecx-代码大小：2字节操作码，需要REX才能读取SIL。另外，AMD CPU仅对movl / movq进行消除运动（零延迟），而不是movzx。
• movw %si,%cx-零优势，需要操作数大小的前缀并写入部分寄存器。
• movzwl %si,%ecx-与movq捆绑在一起以获取代码大小，但即使在Intel CPU上也无法消除移动消除。

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有趣的事实：如果我们使用虚拟参数填充，使得n到达RDX，即使movl %edx,%ecx的代码大小相同，GCC仍会选择movb %dl,%cl（不需要REX访问DL）。所以是的，GCC绝对避免使用字节操作数大小。

有趣的事实2：不幸的是，Clang确实浪费了movq上的REX，却错过了此优化。 https://godbolt.org/z/6GWhMd

但是，如果我们将计数设为arg unsigned char，那么幸运的是clang和GCC都使用movl而不是movb。 https://godbolt.org/z/e95WP8

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在可能的情况下，编译器更喜欢32位寄存器而不是64位寄存器，因为使用64位寄存器需要额外的“ REX”前缀字节。

对rsi\esi寄存器的最低字节的选择同样适用，这在32位编码中不可用，因此需要前缀。正如彼得·科德斯（Peter Cordes）所评论的那样，由于称为partial register stalls的时间惩罚，编译器通常避免使用8位寄存器，这是CPU如何检测依赖链，乱序执行和重命名寄存器的内部原因。