机器级表示总结一，移位运算，控制指令

Posted 2022-12-07 王玉成的博客

概述

第四章主要讲述的是语言的机器级表示。
实际上，做为非汇编的机器语言，在应用层的程序开发时，是很少接触到汇编语言的。但是，汇编语言又是非常重要，只有理解了汇编语言，才能如何优先代码，如何调试代码，如何写出健壮的代码。现有的C库中某些函数的问题，如何分析，如何规避。
在嵌入式系统开发中，特别在非MMU的祼机程序中，程序的入口，异常管理，更需要对汇编语言的深入了解。
这一章的分析流程特别适合学C语言的人去理解汇编。在我的总结中，也尽量用汇编来解解释C语言的问题。

移位运算

我们在C语言的编程中，常常会说，位运算的效率最高。因为位运算可以用移位指令来代替。移位指令中，一般有三种，左移，算术右移，逻辑右移。由于最高位是符号位，算术右移后，左边补的最高位。算术右移是唯一一个带符号的移位运算。移位运算，除了在写驱动，祼机系统，操作寄存器时，使用较多以外，编译器也会将一些特殊的乘除法，分解成移位运算和加减运算的组合。比如a * 5 会被分解为a * 4 + a。减少了乘法运算的周期。
给嵌入式程序员的忠告，在涉及寄存器的操作时，千万要用无符号数，万一编译器翻译成算术右移，碰巧最高位为1时，就哭死了。

控制指令

主要是针对C语言的条件语句、循环语句和分支语句的翻译。
条件语句中，会涉及到条件码，在寄存器的角度，一般会有进位，零，符号，还有溢出等标志。其中对应于C语言的，>, ==. < 等操作。其中会用到汇编语言中的比较指令，与或操作指令。对于无符号数的比较，一般是进位标志和零标志。机器语言是不会认识有符号和无符号的。
循环语句一般为while和for。网上会看到这样的讨论，究竟是while的效率高，还是for的效率高。实际上编译器会把其它的循环转换成do-while的形式，然后再翻译成机器码。在汇编语言中，直接用的跳转指令来完成的。有人反对c语言的goto语句，但是在汇编的解释中，goto语句效率也是挺高的。
但是条件语句，在流水线操作时，会一次取一段代码。如果是条件语句，万一代码取错，代价是相当大的。所以linux内核会加上likely或者是unlikely来帮助编译器进行代码优化。在x86的指令中，有一条条件传送指令，在一个周期完成条件成立的状态下处理某个值的。但是，现在也只是结果为一条指令时，编译器才会用条件传送指令来完成，便使用范围是挺有限的。
switch语句，有专用的翻译方式，一般是汇编语言建立一个跳转表。高效的完成不同情况下的跳转。与if-else if-else对比，执行开关语句的时间与开关数量无关，汇编语言的处理更高效。所以有多个else if使用时，建议改为switch语句，提高程序效率。