计算所需的最小寻址模式数是多少？

Question

在x86汇编程序中，假设你有

• 用于分配号码的立即寻址模式
• 寄存器的寄存器寻址模式
• 内存地址的直接寻址模式 ，

为什么需要索引和基指针寻址模式 ？ 据我所知，每个都可以用循环代替。

间接模式似乎也没有太大用处，因为您可以简单地使用直接模式来引用内存地址。 首先访问寄存器的目的是什么，然后包含指向存储器地址的指针？

简而言之，哪些寻址方式确实是必要的？

Answer 1

虽然理论上“寻址模式”可用于指代操作数类型，但由于它不涉及地址，因此有点令人困惑。 英特尔手册使用“寻址模式”来指代内存寻址，我将使用此定义。

在汇编中，操作数可以是：

• 直接的价值
• 一个寄存器
• 内存中的值（这里的操作数是地址）

在x86架构中，“寻址模式”仅适用于最后一种类型的操作数：存储器操作数（地址），并且指的是可用于计算地址的方法。 寻址模式可以在单个可配置寻址模式中汇总：

address = REG_base + REG_index*n + offset

REG_base ， REG_index ， n和offset都是可配置的，并且都可以省略（但显然至少需要一个）。

address = offset称为立即，直接或绝对寻址。
address = REG_base称为寄存器间接寻址。
address = REG_base + REG_index称为base plus index寻址。
同样，您可以添加偏移量（ offset ）和比例（ n ）。

严格来说，您只需要一种模式即可完成所有操作：注册间接寻址（ address = REG ）。 这样，如果需要访问内存，可以在寄存器中计算所需的任何地址，并使用它来进行访问。 它也可以通过使用内存替换直接寄存器操作数，并通过使用算术构造值来立即操作数。 但是，对于实际的指令集，您仍然可以立即有效地加载地址操作数，如果您不想要仅指针寄存器，则需要注册操作数。

除了间接寄存器之外的所有其他寻址模式都是为了方便起见，它们确实非常方便：

• 如果您只需访问内存中的固定变量，立即寻址将为您保存一个寄存器。
• Base + offset对于访问对象成员非常有用：您可以将基址保存在寄存器中，并访问具有固定偏移量的单个成员。 无需中间计算或注册以保存成员地址。
• 类似地，索引寻址用于访问数组：您只需更改索引寄存器即可访问数组中的任何值。
• 使用缩放，您可以访问多字节变量（ex： int ）数组，而无需额外的寄存器或计算。
• 所有内容的组合可用于访问对象中的数组成员，仍然保留基指针以便可能访问对象中的其他成员。

这些寻址模式不需要CPU的大量计算：只需要添加和移位。 考虑到x86可以在每个周期进行乘法，这些操作很简单，但仍然非常方便。

Answer 2

没有寄存器，x86不能做太多，所以我认为你不能摆脱寄存器“寻址模式”。 一些非常不同的架构可能不使用寄存器，只有堆栈或内存，内存指令。 IDK如何实现指针; 也许这样的架构可以做memory[memory] （C数组表示法）。

是不是需要立即进行计算成为可能 。 您可以使用多个寄存器构造任何值。 以零（开始xor eax, eax ）， inc就拿到1，左移它给你想要的任何位置， inc要设置低位，左移等，所以它需要在最糟糕的2*popcount(N)指令将N放入寄存器。 请注意，即时移位计数将不可用，因此重复移位一个显而易见的方法（ shl eax ，是的，有一个单独的编码，一个一个，或只是使用add eax, eax ）将取决于在最高设置位的位置。 所以log2(N) + popcount(N)表示明显的shift和inc。

绝对（你所谓的直接）内存寻址不是最有用的寻址模式。 我们可以通过使用一系列指令构造地址（见上文）和使用[register]来模拟它。 如果我们试图削减，我们想放弃它。 正如杰斯特所指出的那样，保持绝对地址作为我们唯一的形式将是非常不方便（或者可能不可能？）使用。

索引显然可用于性能，而不是必需：您可以使用单独的指令进行移位和添加。

位移也仅用于性能，因此我们可以摆脱它们并强制代码手动添加任何位移。 请参阅立即段落了解具体方法。

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我相信86仍然被任意编程， 只需 register和[register]寻址模式。

使用register ， [register]和immediate ，性能应该比完整的x86差很多。

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如果对内存的隐式访问不算作寻址模式，您当然可以使用lodsd和stosd模拟[register] ，但是您将无法进行原子读 - 修改 - 写操作。 但这感觉就像是作弊。

还有堆栈（ push/pop ）：我不知道堆栈+寄存器机器是否是Turing-complete，但它通常不是通常意义上的可编程。 当然，如果你修改e/rsp ，你可以再次模拟[register] ，但操作数大小的选择少于lodsb/w/d/q / stosb/w/d/q 。

如果包含16个ymm寄存器，x86有足够的空间存储寄存器。 虽然我想不出一种在整数寄存器和ymm的高128b之间移动数据的方法，而不使用任何内存或立即操作数（对于vextractf128 ），所以在实践中你有更多像16个16B向量寄存器槽用于存储本地堆栈以外的状态。 尽管如此，它的大小有限，这可能意味着32位386 ISA中的8个GP寄存器与64位AVX2 ISA中的所有整数/ mmx / ymm寄存器无关，这与机器是否只有推/弹的图像完全无关，寄存器，除了通过push / pop之外没有修改堆栈指针。