匯編中的x86上帶符號的64位乘法和128位除法

Question

我有2個在Visual Studio中用匯編（masm）編寫的函數，可在我的C ++項目中使用。 它們是產生128位結果的無符號64位乘法函數，以及產生128位商數並返回32位余數的Unsigned 128位除法函數。

我需要的是函數的簽名版本，但是我不確定該怎么做。

以下是具有Unsigned函數的.asm文件的代碼：

.MODEL flat, stdcall
.CODE

MUL64 PROC, A:QWORD, B:QWORD, pu128:DWORD
push EAX
push EDX
push EBX
push ECX
push EDI
mov EDI,pu128
; LO(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR B
MUL EDX
mov [EDI],EAX ; Save the partial product.
mov ECX,EDX
; LO(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR B+4
MUL EDX
ADD EAX,ECX
ADC EDX,0
mov EBX,EAX
mov ECX,EDX
; HI(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mov EDX,DWORD PTR B
MUL EDX
ADD EAX,EBX
ADC ECX,EDX
PUSHFD ; Save carry.
mov [EDI+4],EAX ; Save the partial product.
; HI(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mov EDX,DWORD PTR B+4
MUL EDX
POPFD ; Retrieve carry from above.
ADC EAX,ECX
ADC EDX,0
mov [EDI+8],EAX ; Save the partial product.
mov [EDI+12],EDX ; Save the partial product.
pop EDI
pop ECX
pop EBX
pop EDX
pop EAX
ret 20
MUL64 ENDP

IMUL64 PROC, A:SQWORD, B:SQWORD, pi128:DWORD
; How to make this work?
ret 20
IMUL64 ENDP

DIV128 PROC, pDividend128:DWORD, Divisor:DWORD, pQuotient128:DWORD
push EDX
push EBX
push ESI
push EDI
MOV ESI,pDividend128
MOV EDI,pQuotient128
MOV EBX,Divisor
XOR EDX,EDX
MOV EAX,[ESI+12]
DIV EBX
MOV [EDI+12],EAX
MOV EAX,[ESI+8]
DIV EBX
MOV [EDI+8],EAX
MOV EAX,[ESI+4]
DIV EBX
MOV [EDI+4],EAX
MOV EAX,[ESI]
DIV EBX
MOV [EDI],EAX
MOV EAX,EDX
pop EDI
pop ESI
pop EBX
pop EDX
ret 12
DIV128 ENDP

IDIV128 PROC, pDividend128:DWORD, Divisor:DWORD, pQuotient128:DWORD
; How to make this work?
ret 12
IDIV128 ENDP

END

如果您仍然認為這有幫助，請通過對功能的簽名版本進行編碼來幫助項目。

Answer 1

首先，MUL64功能無法正常工作100％

如果嘗試執行0xFFFFFFFFFFFFFFFF x 0xFFFFFFFFFFFFFFFF，則Hi 64位結果為0xFFFFFFFeFFFFFFFF，應為0xFFFFFFFFFFFFFFFFFe

要解決此問題， POPFD指令后的進位標志添加到EDX中，即結果的最高32位部分。 現在，按照彼得·科德（Peter Cordes）的建議，刪除EAX / ECX / EDX的推動和彈出。 最后使用setc BL和movzx EBX,BL保存標志。 注意：您不能輕易使用xor EBX,EBX將其歸零，因為xor影響這些標志。 我們使用movzx是因為它的速度比add BL,0xFF和add快得多（基於Skylake規格的adc 。

結果：

MUL64 PROC, A:QWORD, B:QWORD, pu128:DWORD
push EBX
push EDI
mov EDI,pu128
; LO(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR B
mul EDX
mov [EDI],EAX ; Save the partial product.
mov ECX,EDX
; LO(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR B+4
mul EDX
add EAX,ECX
adc EDX,0
mov EBX,EAX
mov ECX,EDX
; HI(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mov EDX,DWORD PTR B
mul EDX
add EAX,EBX
adc ECX,EDX
setc BL ; Save carry.
movzx EBX,BL ; Zero-Extend carry.
mov [EDI+4],EAX ; Save the partial product.
; HI(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mov EDX,DWORD PTR B+4
mul EDX
add EDX,EBX ; Add carry from above.
add EAX,ECX
adc EDX,0
mov [EDI+8],EAX ; Save the partial product.
mov [EDI+12],EDX ; Save the partial product.
pop EDI
pop EBX
ret 20
MUL64 ENDP

現在，使用以下公式創建函數的簽名版本：

my128.Hi -= (((A < 0) ? B : 0) + ((B < 0) ? A : 0));

結果：

IMUL64 PROC, A:SQWORD, B:SQWORD, pi128:DWORD
push EBX
push EDI
mov EDI,pi128
; LO(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR B
mul EDX
mov [EDI],EAX ; Save the partial product.
mov ECX,EDX
; LO(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR B+4
mul EDX
add EAX,ECX
adc EDX,0
mov EBX,EAX
mov ECX,EDX
; HI(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mov EDX,DWORD PTR B
mul EDX
add EAX,EBX
adc ECX,EDX
setc BL ; Save carry.
movzx EBX,BL ; Zero-Extend carry.
mov [EDI+4],EAX ; Save the partial product.
; HI(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mov EDX,DWORD PTR B+4
mul EDX
add EDX,EBX ; Add carry from above.
add EAX,ECX
adc EDX,0
mov [EDI+8],EAX ; Save the partial product.
mov [EDI+12],EDX ; Save the partial product.
; Signed version only:
cmp DWORD PTR A+4,0
jg zero_b
jl use_b
cmp DWORD PTR A,0
jae zero_b
use_b:
mov ECX,DWORD PTR B
mov EBX,DWORD PTR B+4
jmp test_b
zero_b:
xor ECX,ECX
mov EBX,ECX
test_b:
cmp DWORD PTR B+4,0
jg zero_a
jl use_a
cmp DWORD PTR B,0
jae zero_a
use_a:
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR A+4
jmp do_last_op
zero_a:
xor EAX,EAX
mov EDX,EAX
do_last_op:
add EAX,ECX
adc EDX,EBX
sub [EDI+8],EAX
sbb [EDI+12],EDX
; End of signed version!
pop EDI
pop EBX
ret 20
IMUL64 ENDP

為了從32位除數中獲取128位商，DIV128函數應該很好（也許也是最快的），但是如果您需要使用128位除數，請查看以下代碼https：//www.codeproject。 com / Tips / 785014 / UInt-Division-Modulus ，其中有一個使用二進制移位算法進行128位除法的示例。 如果用匯編語言編寫，速度可能會快3倍。

要制作帶簽名的DIV128版本，請首先確定除數和除數的符號相同還是不同。 如果它們相同，那么結果應該是肯定的。 如果它們不同，則結果應為負。 所以...如果被除數和除數為負，則使它們為正，然后調用DIV128，然后，如果符號不同，則取反結果。

這是一些用C ++編寫的示例代碼

VOID IDIV128(PSDQWORD Dividend, PSDQWORD Divisor, PSDQWORD Quotient, PSDQWORD Remainder)
{
    BOOL Negate;
    DQWORD DD, DV;

    Negate = TRUE;

    // Use local DD and DV so Dividend and Divisor dont get currupted.
    DD.Lo = Dividend->Lo;
    DD.Hi = Dividend->Hi;
    DV.Lo = Divisor->Lo;
    DV.Hi = Divisor->Hi;

    // if the signs are the same then: Negate = FALSE;
    if ((DD.Hi & 0x8000000000000000) == (DV.Hi & 0x8000000000000000)) Negate = FALSE;

    // Covert Dividend and Divisor to possitive if negative: (negate)
    if (DD.Hi & 0x8000000000000000) NEG128((PSDQWORD)&DD);
    if (DV.Hi & 0x8000000000000000) NEG128((PSDQWORD)&DV);

    DIV128(&DD, &DV, (PDQWORD)Quotient, (PDQWORD)Remainder);

    if (Negate == TRUE)
    {
        NEG128(Quotient);
        NEG128(Remainder);
    }
}

編輯：

遵循Peter Cordes的建議，我們可以進一步優化MUL64 / IMUL64。 查看注釋以了解正在進行的特定更改。 我還用MUL64@20:和IMUL64@20:替換了MUL64 PROC, A:QWORD, B:QWORD, pu128:DWORD ，以消除不必要的使用，包括大量使用的EBP。 我還優化了IMUL64的符號固定工作。

MUL64 / IMUL64的當前.asm文件

.MODEL flat, stdcall

EXTERNDEF  MUL64@20     :PROC
EXTERNDEF  IMUL64@20    :PROC

.CODE

MUL64@20:
push EBX
push EDI

;            -----------------
;            |     pu128     |
;            |---------------|
;            |       B       |
;            |---------------|
;            |       A       |
;            |---------------|
;            |  ret address  |
;            |---------------|
;            |      EBX      |
;            |---------------|
;    ESP---->|      EDI      |
;            -----------------

A       TEXTEQU   <[ESP+12]>
B       TEXTEQU   <[ESP+20]>
pu128   TEXTEQU   <[ESP+28]>

mov EDI,pu128
; LO(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mul DWORD PTR B
mov [EDI],EAX ; Save the partial product.
mov ECX,EDX
; LO(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mul DWORD PTR B+4
add EAX,ECX
adc EDX,0
mov EBX,EAX
mov ECX,EDX
; HI(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mul DWORD PTR B
add EAX,EBX
adc ECX,EDX
setc BL ; Save carry.
mov [EDI+4],EAX ; Save the partial product.
; HI(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mul DWORD PTR B+4
add EAX,ECX
movzx ECX,BL ; Zero-Extend saved carry from above.
adc EDX,ECX
mov [EDI+8],EAX ; Save the partial product.
mov [EDI+12],EDX ; Save the partial product.
pop EDI
pop EBX
ret 20

IMUL64@20:
push EBX
push EDI

;            -----------------
;            |     pi128     |
;            |---------------|
;            |       B       |
;            |---------------|
;            |       A       |
;            |---------------|
;            |  ret address  |
;            |---------------|
;            |      EBX      |
;            |---------------|
;    ESP---->|      EDI      |
;            -----------------

A       TEXTEQU   <[ESP+12]>
B       TEXTEQU   <[ESP+20]>
pi128   TEXTEQU   <[ESP+28]>

mov EDI,pi128
; LO(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mul DWORD PTR B
mov [EDI],EAX ; Save the partial product.
mov ECX,EDX
; LO(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A
mul DWORD PTR B+4
add EAX,ECX
adc EDX,0
mov EBX,EAX
mov ECX,EDX
; HI(A) * LO(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mul DWORD PTR B
add EAX,EBX
adc ECX,EDX
setc BL ; Save carry.
mov [EDI+4],EAX ; Save the partial product.
; HI(A) * HI(B)
mov EAX,DWORD PTR A+4
mul DWORD PTR B+4
add EAX,ECX
movzx ECX,BL ; Zero-Extend saved carry from above.
adc EDX,ECX
mov [EDI+8],EAX ; Save the partial product.
mov [EDI+12],EDX ; Save the partial product.
; Signed version only:
mov BL,BYTE PTR B+7
and BL,80H
jz zero_a
mov EAX,DWORD PTR A
mov EDX,DWORD PTR A+4
jmp test_a
zero_a:
xor EAX,EAX
mov EDX,EAX
test_a:
mov BL,BYTE PTR A+7
and BL,80H
jz do_last_op
add EAX,DWORD PTR B
adc EDX,DWORD PTR B+4
do_last_op:
sub [EDI+8],EAX
sbb [EDI+12],EDX
; End of signed version!
pop EDI
pop EBX
ret 20

END