从有符号/无符号字符到无符号/有符号整数类型转换的 IA32 汇编代码

Posted 2023-02-16

【中文标题】从有符号/无符号字符到无符号/有符号整数类型转换的 IA32 汇编代码

【英文标题】：IA32 Assembly code for type casting from signed/unsigned char to unsigned/signed int

【发布时间】：2020-06-11 06:28:48

【问题描述】：

这是从计算机系统，程序员的角度来看（第 2 版）

在问题 3.4 中，要求学生确定从源数据类型转换到指针所指的目标所需的汇编指令

本章后面给出的这个答案表明我们需要将源类型（左列）扩展为目标类型（中列）。

没有太多信息可以从这个问题中得出一个模式。扩展的类型是否总是由源类型而不是目标类型决定，如本例所示？

【问题讨论】：

这是什么语言？我所知道的同时拥有char 和unsigned char 的唯一HLL 是C 和C++，这对那些人来说是错误的。对于 most 中的整数类型，x 是有符号的，unsigned x 是无符号的（可能在位域中使用时除外），但对于 char，符号是依赖于实现的，这意味着（如标准）它可能会有所不同，但必须记录在案。 C的这部分是由C++复制的。

教科书只使用C

【参考方案1】：

答案就在你的书中。

执行同时涉及大小更改和更改的演员表时 对于 C 中的“签名”，操作应首先更改大小。 （第 2.2.6 节）。

-- CSAPP 2e，练习题 3.4

所以这两个转换是这样工作的：

char --> int --> unsigned int
unsigned char --> unsigned int --> int

【讨论】：

在 C 中，由于 整数提升 规则会发生大小变化，然后应用转换。所以，首先unsigned char --> int 然后应用演员表。将unsigned char 扩大到int 意味着零扩展，以便表示更广泛的int 类型中的所有值。

【参考方案2】：

扩展的类型是否总是由源类型而不是目标类型决定，就像这个例子一样？

是的。

强制转换保留由原始位表示的 值（如果可能）。规则由此而来，因此这是让您思考为什么其他所有内容的关键概念就是这样。

如果它是无符号的，您可以通过在左侧填充零来使其更宽。 （零扩展名：movzx，AT&T movzbl / movzwl / movl（x86-64 上的 dword 到 qword）） 如果已签名，您可以通过填充符号位的副本来使其更宽。 （2's complement sign extension¹：movsx，或 AT&T movsbl / movswl / movsb/wq） 对于任何值，只需截断即可使其变窄 （从内存中读取低字节，或者更窄的部分寄存器）

做任何其他事情都不会保值。例如对于窄无符号 -> 宽有符号，宽类型可以表示窄类型的所有可能值。结果必须是非负的，因此符号位必须为零。 除了符号位，2 的补码和无符号二进制位值是相同的。 所以零扩展有效。例如192 作为 uint8_t 与 192 作为 int 相同，但在 int 的左侧有更多的零位。

根据 ISO C11 (n1570)，转换规则非常合理，并且与您的教科书显示的内容相匹配：

6.3 转化

6.3.1.3 有符号和无符号整数

当整数类型的值转换为_Bool以外的其他整数类型时，如果该值可以用新类型表示，则 没有改变。 否则，如果新类型是无符号的，则通过重复加或减一的最大值来转换该值 可以用新类型表示，直到值在 新类型.60) 否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；结果是实现定义的或 引发了实现定义的信号。

对于第 2 点，请注意“就好像通过重复加或减 MAX_INT 一样”（对于 2 的补码）等同于简单地将位模式重新解释为有符号。即将 int 转换为 unsigned 不需要 asm 操作，您只需 mov 或更好地读取该值已经存在的任何寄存器或内存。

更多细节：无符号类型不能表示负值，因此这是一种情况，即使负输入更窄，它也不能为负输入“保值”。您可以将其视为逻辑符号扩展为等宽有符号类型（可以表示值），然后转换为无符号（只是重新解释相同的位，即扩大转换后没有额外的 asm 指令）。

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脚注 1：x86 使用 2 的补码，其他所有相关内容也是如此。 C++ 甚至考虑放弃使用符号/幅度或 1 的补码整数的实现选项。

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另请注意，教科书的答案使用了movz/sbl 的不可编码形式。它们仅适用于注册目的地。 movzbl %al, %ebx 可以，movzbl (%esi), %ebx 也可以，但movzbl %al, (%ebx)不是可以的。

也相关：

https://www.felixcloutier.com/x86/movzx / * https://www.felixcloutier.com/x86/movsx MOVZX missing 32 bit register to 64 bit register What does cltq do in assembly? - Intel 与 AT&T movsb/w 的等效表，以及特殊情况 AX->EAX 和类似指令。