CSAPP 第三章笔记 §

清零惯用法（Zeroing Idiom） §

xor rax, rax 是将寄存器清零的惯用法，与符合直觉的 mov rax, 0 相比，主要有如下优势：

• 指令字长更短；
• 现代 CPU 对这一惯用法有特殊优化，执行速度更快。

不过，这种惯用法也不是万能的：

• xor 作为逻辑运算指令，会对标志位寄存器的状态产生影响，在使用时需要注意；
• 这一惯用法仅能用于清空寄存器，不能用于清空内存。

零检查惯用法（Zero Checking Idiom） §

cmp 和 test 都是比较指令，cmp 在作用效果上与不修改目标操作数的 sub 等价，test 在作用效果上与不修改目标操作数的 and 等价。

一个很特殊的情况是将操作数与 0 进行大小比较，这种情况一般采用 test 指令实现（下例假定 rax 中存放一个有符号数）：

test rax, rax

执行后，标志位寄存器会发生如下变化：

• 若 rax == 0，则 ZF = 1；
• 若 rax > 0，则 ZF = 0 且 SF = 0；
• 若 rax < 0，则 ZF = 0 且 SF = 1。

上述变化与 cmp rax, 0 的变化相同，但 test 指令的指令字长更短，执行速度更快。

条件赋值 §

对于 CPU 来说，跳转是一件代价很高的事情。一条指令的执行宏观上可以分为取指、译码、执行三个阶段，CPU 将连续的指令的不同执行步骤排列在一条流水线中以充分利用 CPU 资源。跳转指令的存在会导致当前流水线被清空，导致 15 ~ 30 个时钟周期的浪费。现代 CPU 通过分支预测逻辑（branch prediction logic）来缓解跳转指令造成的上述问题，但这种方式不确定性很大，只能一定程度上减小性能开销。条件赋值指令 cmov 则能够在不使用跳转的情况下，在不影响流水线的情况下实现带条件判断的赋值。

long abs_diff(int x, int y)
{
    return x < y ? y - x : x - y;
}

上述代码有两种汇编实现方案：

一种是传统的条件分支方案：

abs_diff:
    cmp rdi, rsi ; rdi = x, rsi = y
    jl .L1
    sub rdi, rsi
    mov rax, rdi
    ret
.L1: ; x < y
    sub rsi, rdi
    mov rax, rsi
    ret

另一种是使用条件赋值指令的方案，该方案同时计算 x - y 与 y - x，将非负结果保留在 rax 中返回：

abs_diff:
    mov rax, rsi ; rax = y
    sub rax, rdi ; rax = y - x
    sub rdi, rsi ; rdi = x - y
    test rdi, rdi ; check if x - y is positive
    cmovg rax, rdi ; if x - y > 0, rax = x - y
    ret