通过遵循每个通用寄存器的目的对 x86 汇编进行编码是否有必要或更容易

Question

一般来说，按照每个寄存器的用途编写 x86 汇编代码是否必要或更容易？

x86 架构中的寄存器最初被设计为具有特殊用途，但现代编译器似乎并不关心它们的使用（除非在某些特殊条件下，例如 REP MOV 或 MUL）。

那么，根据每个寄存器的用途，代码会更容易或更优化吗？（不管与某些寄存器相同的特殊指令（或编码）如何）

例如（我可以使用 REP MOVSB 或 LODSB STOSB 代替，但只是为了演示）：

第一个代码：

LEA ESI,[AddressOfSomething]
LEA EDI,[AddressOfSomethingElse]
MOV ECX,NUMBER_OF_LOOP
LoopHere:
MOV AL,[ESI]
ADD AL,8
MOV [EDI],AL
ADD ESI,1
ADD EDI,1
CMP AL,0
JNZ LoopHere
TheEnd:
;...

第二个代码：

LEA ECX,[AddressOfSomething]
LEA EDX,[AddressOfSomethingElse]
MOV EBX,NUMBER_OF_LOOP
LoopHere:
MOV AL,[ECX]
ADD AL,8
MOV [EDX],AL
ADD ECX,1
ADD EDX,1
CMP AL,0
JNZ LoopHere
TheEnd:
;...

我使用的编译器——Visual Studio 2015 在执行此类任务时通常使用第二种方法，它不使用寄存器取决于其目的，相反，编译器仅根据其“易失性”选择要使用的寄存器或“非易失性”特性（调用函数后）。 正因为如此，所有的高级编程语言编程的软件反汇编都使用第二种方法。

另一个有趣的事实是，在 ARM 语言中，GPR 都具有相同的用途，并被命名为 R0-R7，这意味着使用它进行编码时，代码将更类似于第二个代码。

总而言之，我认为这两个代码使用相同的指令，因此无论我使用什么寄存器，它都应该具有相同的速度。 但我说得对吗？ 哪个代码更容易编码？

Answer 1

遵循各个寄存器的目的主要达到：

• 代码密度

  例如，使用A寄存器¹通常会减少移动、算术、逻辑和 IO ²等常见操作的代码大小。
  使用C寄存器进行计数可让您利用jcxz系列指令，避免显式比较。
  movsd和类似的指令是非常“密集”的指令，它们执行复杂的操作，否则将需要大量代码。

  然而，代码密度并不意味着“更快”，因为 x86 公然是 CISC，一个复杂的指令可能比等效的一系列更简单的指令³需要更多的时间来执行。

• 可读性

  像rep movsd这样的指令实际上是一种编码循环的“高级”方式，该循环将数据从源移动到目标。
  解析循环

  push eax pushf .loop: mov eax, DWORD [esi] mov DWORD [es:edi], eax add esi, 4*(1-D*2) add edi, 4*(1-D*2) dec ecx jnz .loop popf pop eax

  要困难得多。

• 惯用编程

  许多指令（ call 、 ret 、 push ……）都假定使用SP作为堆栈指针。
  可以避免使用SP作为堆栈指针，但它不会很惯用（也不高效）。

• 更少的数据移动

  在实模式下，只有少数寄存器可以用作基址（其中之一是B寄存器）。
  从一开始就将地址保留在B可以避免以后将它们移到B 。 尽管现在寄存器-寄存器移动不需要执行单元，但它们使源代码更难阅读⁴ 。

大多数惯用的寄存器用法在今天已经放宽了^5，因为太多的特定用途寄存器减少了编译器可以做的优化（并且溢出到堆栈上是昂贵的）。

CPU 非常复杂，如果您想为速度编写代码，那么您应该只考虑速度指标。 惯用的寄存器用法不是其中之一，因为在微架构级别没有单个A 、 B或C寄存器，所以程序员看到的“寄存器”只是一个人类概念（好吧，还有前面-结束概念）。

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¹以其形式AL 、 AX 、 EAX 、 RAX
² mov A, [mem]使用操作码A0或A1 ，而mov B, [mem]使用8A 1E或8B 1E 。 add和 similar 也是如此。 in , out , div , mul强制使用A 。
³但不是去取和解码。
⁴是否有相当于“意大利面条代码”的数据移动到寄存器中？
⁵考虑例如各种寻址模式或imul指令