如何在 IA32 上将带符号的整数求和为更宽的和。 32 位有符号整数的 64 位总和？

Question

我正在尝试对 Assembly 32 上带符号的整数列表求和，但我只需要对不带符号的整数求和。你知道一些方法吗？

我的程序尝试对整数求和并存储在 resultado 中，其大小为 64 位，因此为了能够做到这一点，我使用了两个 32 位寄存器（EAX 和 EDX），并检查何时总和产生进位。

之后，我在 resultado 上加入了 EAX 和 EDX。

# sum.s     Sumar los elementos de una lista.
#           llamando a función, pasando argumentos mediante registros
# retorna:  código retorno 0, comprobar suma en %eax mediante gdb/ddd.
# as --32 -g sum.s -o sum.o
# ld -m elf_i386 sum.o -o sum

# DATA SECTION
.section .data
lista:
    .int 4294967295, 4294967295, 4294967295, 4294967295

longlista:
    .int (.-lista)/4
resultado:
    .quad -1


.section .text
_start: .global _start

    mov $lista, %ebx
    mov longlista, %ecx
    call suma
    mov %eax, resultado
    mov %edx, resultado+4

    mov , %eax
    mov [=10=], %ebx
    int [=10=]x80


suma:
    push %esi
    mov [=10=], %eax
    mov [=10=], %edx
    mov [=10=], %esi

bucle:
    add (%ebx,%esi,4), %eax
    jc .L1

bucle1:
    inc %esi
    cmp %esi,%ecx
    jne bucle
    pop %esi
    ret

.L1:
    inc %edx
    jmp bucle1

这给出了一个 64 位和，将输入视为无符号 32 位，这不是我想要的。

Answer 1

由于仅使用 32 位寄存器，下一个使用 64 位加法的代码将为正数和负数给出正确的总和，而无需任何回绕。
签名结果可以超出范围[-2GB,+2GB-1].

suma:
    push %esi
    push %edi
    xor  %esi, %esi           ;Clear %edi:%esi
    xor  %edi, %edi
    sub  , %ecx             ;Start at last element in array
    jl   emptyArray
bucle:
    mov  (%ebx,%ecx,4), %eax  ;From signed 32-bit to signed 64-bit
    cdq
    add  %eax, %esi           ;Add signed 64-bit numbers
    adc  %edx, %edi
    dec  %ecx
    jge  bucle
emptyArray:
    mov  %esi, %eax           ;Move result from %edi:%esi to %edx:%eax
    mov  %edi, %edx
    pop  %edi
    pop  %esi
    ret

添加的顺序并不重要，因此代码从最后一个元素开始，向第一个元素靠拢。

Answer 2

您当前的代码隐式零扩展。它等同于 add (%ebx,%esi,4), %eax / adc [=13=], %edx，但是您需要添加到上半部分的是 0 或 -1，具体取决于下半部分的符号。（即符号位的 32 个副本；参见 Sep 的回答）。

32 位 x86 可以直接使用 SSE2/AVX2/AVX512 paddq 进行 64 位整数数学运算。（所有支持 64 位的 CPU 都支持 SSE2，因此现在这是一个合理的基准）。

（或者 MMX paddq 如果您关心 Pentium-MMX 到 Pentium III / AMD Athlon-XP）。

SSE4.1 使符号扩展到 64 位变得便宜。

pmovsxdq  (%ebx),  %xmm1     # load 2x 32-bit (Dword) elements, sign-extending into Qword elements
paddq     %xmm1, %xmm0
add       , %ebx

cmp / jb             # loop while %ebx is below an end-pointer.
# preferably unroll by 2 so there's less loop overhead,
# and so it can run at 2 vectors per clock on SnB and Ryzen.  (Multiple shuffle units and load ports)

# horizontal sum
pshufd    [=10=]b11101110, %xmm0, %xmm1    # xmm1 = [ hi | hi ]
paddq     %xmm1, %xmm0                 # xmm0 = [ lo + hi | hi + hi=garbage ]

# extract to integer registers or do a 64-bit store to memory.
movq      %xmm0, (result)

我避免了索引寻址模式so the load can stay micro-fused with pmovsxdq on Sandybridge。索引在 Nehalem、Haswell 或更高版本或 AMD 上很好。

不幸的是，有 没有 SSE4.1 的 CPU 仍在使用中。在这种情况下，您可能只想使用标量，但您可以手动进行符号扩展。

虽然没有 64 位算术右移。（仅 64 位元素大小逻辑移位）。但是您可以通过复制并使用 32 位移位广播符号位来模拟 cdq，然后解压缩。

# prefer running this on aligned memory
# Most CPUs without SSE4.1 have slow movdqu

.loop:
    movdqa    (%ebx, %esi, 1), %xmm1      # 4x 32-bit elements
    movdqa    %xmm1, %xmm2
    psrad     , %xmm1                  # xmm1 = high halves (broadcast sign bit to all bits with an arithmetic shift)

    movdqa    %xmm2, %xmm3               # copy low halves again before destroying.
    punpckldq %xmm1, %xmm2                # interleave low 2 elements -> sign-extended 64-bit
    paddq     %xmm2, %xmm0

    punpckhdq %xmm1, %xmm3                # interleave hi  2 elements -> sign-extended 64-bit
    paddq     %xmm3, %xmm0

    add       , %esi
    jnc   .loop            # loop upward toward zero, with %ebx pointing to the end of the array.
    #end of one loop iteration, does 16 bytes

（使用两个单独的向量累加器可能比使用两个 paddq 到 xmm0 更好，以保持依赖链更短。）

这是更多指令，但每次迭代执行的元素数量是原来的两倍。每个 paddq 仍然有更多指令，但它可能仍然比标量更好，尤其是在 Broadwell 之前的英特尔 CPU 上，其中 adc 是 2 微指令（因为它有 3 个输入：2 个寄存器 + EFLAGS）。

在第一个 psrad 之前复制 %xmm1 两次可能会更好。在 movdqa 具有非零延迟的 CPU 上，我想复制然后使用原始文件来缩短关键路径，这样乱序执行就可以减少隐藏的延迟。

但这意味着最后一个 punpck 正在读取 2x movdqa 寄存器副本链的结果。这在上可能更糟。它可能需要向量 ALU 来进行复制，因为 mov 寄存器复制链是移动消除无法完美工作的情况之一。

如何在 IA32 上将带符号的整数求和为更宽的和。 32 位有符号整数的 64 位总和？

How to sum integers with sign into a wider sum on IA32. 64-bit sum of 32-bit signed ints?

x86

assembly

att

sign-extension