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Question

我正在为我自己的汇编语言编写一个虚拟机，我希望能够设置进位、奇偶校验、零、符号和溢出标志，因为它们在 x86-64 架构中设置，当我执行诸如作为补充。

备注：

我正在使用 Microsoft Visual C++ 2015 和 Intel C++ 编译器 16.0
我正在编译为 Win64 应用程序。
我的虚拟机（目前）只对 8 位整数进行运算
我（目前）对任何其他标志（例如 AF）不感兴趣

我当前的解决方案是使用以下函数：

void update_flags(uint16_t input)
{
    Registers::flags.carry = (input > UINT8_MAX);
    Registers::flags.zero = (input == 0);
    Registers::flags.sign = (input < 0);
    Registers::flags.overflow = (int16_t(input) > INT8_MAX || int16_t(input) < INT8_MIN);

    // I am assuming that overflow is handled by trunctation
    uint8_t input8 = uint8_t(input);
    // The parity flag
    int ones = 0;
    for (int i = 0; i < 8; ++i)
        if (input8 & (1 << i) != 0) ++ones;

    Registers::flags.parity = (ones % 2 == 0);
}

为了添加，我将按如下方式使用：

uint8_t a, b;
update_flags(uint16_t(a) + uint16_t(b));
uint8_t c = a + b;

编辑：澄清一下，我想知道是否有更多 efficient/neat 的方法（例如直接访问 RFLAGS）此外，我的代码可能不适用于其他操作（例如乘法）

编辑 2 我现在已经将我的代码更新为：

void update_flags(uint32_t result)
{
    Registers::flags.carry = (result > UINT8_MAX);
    Registers::flags.zero = (result == 0);
    Registers::flags.sign = (int32_t(result) < 0);
    Registers::flags.overflow = (int32_t(result) > INT8_MAX || int32_t(result) < INT8_MIN);
    Registers::flags.parity = (_mm_popcnt_u32(uint8_t(result)) % 2 == 0);
}

还有一个问题，我的进位标志代码能正常工作吗？我也希望它能正确设置减法期间发生的 "borrows"。

注意：我正在虚拟化的汇编语言是我自己设计的，旨在简单并基于 Intel 的 x86-64（即 Intel64）实现，因此我希望这些标志的行为大致相同方式。

Answer 1

TL:DR: 使用惰性标志评估，见下文。

input 是个奇怪的名字。大多数 ISA 根据操作的结果更新标志，而不是输入。您正在查看 8 位操作的 16 位结果，这是一种有趣的方法。在 C 中，您应该只使用 unsigned int，保证至少为 uint16_t。它将在 x86 上编译成更好的代码，其中 unsigned 是 32 位。 16 位操作需要一个额外的前缀，并可能导致部分寄存器速度变慢。

这可能有助于解决您提到的 8bx8b->16b mul 问题，具体取决于您希望如何在您正在模拟的架构中为 mul 指令定义标志更新。

我认为您的溢出检测不正确。请参阅 this tutorial linked from the x86 标记 wiki 以了解它是如何完成的。

这可能不会编译成非常快的代码，尤其是奇偶校验标志。您需要 emulating/designing 的 ISA 来设置奇偶校验标志吗？你从来没有说过你在模拟 x86，所以我假设这是你自己设计的玩具架构。

一个高效的模拟器（尤其是需要支持奇偶校验标志的模拟器）可能会从某种惰性标志评估中获益良多。保存一个值，如果需要，您可以从中计算标志，但在您到达读取标志的指令之前不要实际计算任何东西。大多数指令只写标志而不读取它们，它们只是将 uint16_t 结果保存到您的架构状态中。标志读取指令可以从保存的 uint16_t 中仅计算他们需要的标志，或者计算所有标志并以某种方式存储。

假设您无法让编译器实际从结果中读取 PF，您可以尝试 _mm_popcnt_u32((uint8_t)x) & 1。或者，将所有位水平异或在一起：

x  = (x&0b00001111) ^ (x>>4)
x  = (x&0b00000011) ^ (x>>2)
PF = (x&0b00000001) ^ (x>>1)   // tweaking this to produce better asm is probably possible

我怀疑任何主要的编译器都可以将对结果的一堆检查优化为 LAHF + SETO al 或 PUSHF。编译器可以导入using a flag condition to detect integer overflow to implement saturating addition, for example。但是弄清楚你想要所有的标志，并实际使用 LAHF 而不是一系列 setcc 指令，可能是不可能的。当编译器可以使用 LAHF 时，它需要一个模式识别器，而且可能没有人实现它，因为用例非常罕见。

没有 C/C++ 方法可以直接访问操作的标志结果，这使得 C 成为实现此类功能的不佳选择。 IDK 如果任何其他语言确实有标志结果，除了 asm.

我希望您可以通过在 asm 中编写部分仿真来获得很多性能，但这将是特定于平台的。更重要的是，它需要更多的工作。

Answer 2

我似乎已经解决了这个问题，方法是将更新标志的参数拆分为一个未签名和已签名的结果，如下所示：

void update_flags(int16_t unsigned_result, int16_t signed_result)
{
    Registers::flags.zero = unsigned_result == 0;
    Registers::flags.sign = signed_result < 0;
    Registers::flags.carry = unsigned_result < 0 || unsigned_result > UINT8_MAX;
    Registers::flags.overflow = signed_result < INT8_MIN || signed_result > INT8_MAX
}

对于加法（它应该为有符号和无符号输入产生正确的结果）我会做以下事情：

int8_t a, b;
int16_t signed_result = int16_t(a) + int16_t(b);
int16_t unsigned_result = int16_t(uint8_t(a)) + int16_t(uint8_t(b));
update_flags(unsigned_result, signed_result);
int8_t c = a + b;

和有符号乘法我会做以下事情：

int8_t a, b;
int16_t result = int16_t(a) * int16_t(b);
update_flags(result, result);
int8_t c = a * b;

以此类推更新标志的其他操作

注意：我在这里假设 int16_t(a) 符号扩展，int16_t(uint8_t(a)) 零扩展。

我还决定不使用奇偶校验标志，如果我稍后改变主意，我的 _mm_popcnt_u32 解决方案应该会起作用..

P.S。感谢所有回复的人，这非常有帮助。另外，如果有人能发现我的代码中的任何错误，我们将不胜感激。

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