模数（％）的GCC实现如何工作，为什么不使用div指令？

Question

我试图弄清楚如何在汇编中计算模10，所以我在gcc中编译了以下c代码，看看它是什么产生的。

unsigned int i=999;
unsigned int j=i%10;

令我惊讶的是，我得到了

movl    -4(%ebp), %ecx
movl    $-858993459, %edx
movl    %ecx, %eax
mull    %edx
shrl    $3, %edx
movl    %edx, %eax
sall    $2, %eax
addl    %edx, %eax
addl    %eax, %eax
movl    %ecx, %edx
subl    %eax, %edx
movl    %edx, %eax
movl    %eax, -12(%ebp)

其中-4（％ebp）或“i”是输入，-12（％ebp）或“j”是答案。 我已经测试了这个，无论你做出什么数字，它都能正常工作-4（％ebp）。

我的问题是这个代码是如何工作的，它比使用div操作数更好。

Answer 1

第二个问题： div是一个非常慢的指令（超过20个时钟周期）。 上面的序列包含更多指令，但它们都相对较快，所以它在速度方面是一个净赢。

前五个指令（包括shrl ）计算i / 10（我将在一分钟内解释）。

接下来的几条指令再次将结果乘以10，但是避免使用mul / imul指令（这是否胜利取决于您所针对的确切处理器 - 较新的x86具有非常快的乘数，但较旧的x6具有非常快的乘数） 。

movl    %edx, %eax   ; eax=i/10
sall    $2, %eax     ; eax=(i/10)*4
addl    %edx, %eax   ; eax=(i/10)*4 + (i/10) = (i/10)*5
addl    %eax, %eax   ; eax=(i/10)*5*2 = (i/10)*10

然后再将其从i减去以获得i - (i/10)*10 ，即i % 10 （对于无符号数）。

最后，关于i / 10的计算：基本思想是将除以10乘以1/10。 编译器通过乘以（2 ** 35/10 + 1）进行定点逼近 - 这是加载到edx的神奇值，尽管它输出为有符号值，即使它实际上是无符号的 - 并且右移结果为35.这结果是为所有32位整数提供了正确的结果。

有确定这种近似的算法可以保证误差小于1（对于整数意味着它是正确的值），而GCC显然使用了一个:)

最后的评论：如果你想实际看到GCC计算模数，可以使用除数变量（例如函数参数），这样它就不能进行这种优化。 无论如何，在x86上，你使用div计算模数。 div期望edx:eax的64位被除数edx:eax （edx高32位，eax低32位 - 如果使用32位数字，则清除edx为零）并按照您指定的任何操作数除以（例如div ebx通过ebx划分edx:eax ）。 它返回eax的商和edx的余数。 idiv对签名值的作用相同。

Answer 2

第一部分，最高shrl $3, %edx ，实现快速整数除法10.有一些不同的算法可以在你预先知道划分的数字时起作用。 注意，858993459是“0.2 * 2 ^ 32”。 这样做的原因是，即使指令集中存在整数除法指令div / idiv ，它通常非常慢，比乘法慢几倍。

第二部分通过将除法结果乘以10来计算余数（以间接方式，通过移位和加法;可能是编译器认为它会更快），然后从原始数字中减去。