从最高有效位或高位开始提取寄存器的位

Posted 2023-02-16

【中文标题】从最高有效位或高位开始提取寄存器的位

【英文标题】：Extract bits of a register starting with the most significant bit, or a high bit

【发布时间】：2019-04-02 04:55:07

【问题描述】：

编辑：

我没想到这个问题会如此迅速地引起关注。根据我已经收到的答案，我似乎遗漏了一条重要信息。该模式不是固定数量的位。有些字母可能有更多或更少的位。即，B 有 5 位，但 C 可能使用多达 6 位，但没有使用超过一个字节。我在我的问题中包含了一个“A”位模式的示例，每行使用 7 位。另请参阅问题底部的编辑。

我是组装新手。我有对应于字母的文本表示的位模式。每个 1 代表一个 $（或任何符号），每个 0 代表一个空格。即：

    $$$$            11110
    $   $           10001
    $   $           10001
    $$$$            11110
    $   $           10001
    $   $           10001
    $$$$            11110

   $            0001000  
  $ $           0010100
 $$$$$          0111110  
$     $         1000001

我编写了一个汇编语言程序，它读取每个模式并根据它读取的是 1 还是 0 打印正确的符号。要确定它是 1 还是 0，我将寄存器与 1 然后将位右移等于每行中位数的次数，然后比较结果：

请注意，每行的位存储在单独的 2 字节字的底部，我将其加载到 8 位寄存器中。

patternb:   dw 011110b,010001b,010001b,011110b,010001b,010001b,011110b

rowloop:
    mov bl,[patternb+si]    ;iterate through each element in binary array

    patternloop:    
        mov bh,bl   ;move bit pattern into register so that we can change it
        and bh,1    ;AND register to find set bits and store back in register
        shr bl,1    ;SHIFT original bit pettern right
        cmp bh,1    ;check if bit is set or not (1=set, else 0)
        je writesym ;if set, write symbol
        jne writeblank  ;if not set, write space

问题在于 AND 的工作方式。显然，它从最低有效位开始并在位右移时打印，但这会导致它以“反向”顺序打印字母的问题。即：

 ####
#   #
#   #
 ####
#   #
#   #
 ####

我尝试了一些操作，但似乎都没有。我还尝试移动和旋转位模式以对应正确的打印，但这不适用于每一行，因为并非每一行都需要以这种方式进行操作。 （例如，第 2 行将正确打印，无需先进行操作）。对于 A-E 中的每个字母，我都有相同的位模式技术。

理想情况下，我希望它以某种方式从最高有效位开始比较，然后以正确的顺序打印它，但我不确定如何处理为了实现这一目标。

编辑： 按照 Peter Duniho 的回答，我想发布一些我尝试过的东西： 我尝试使用 10000b 对模式进行与运算，然后对结果进行 ROL 以获得00001b 的答案，然后将位左移。然后比较结果以查看应该打印哪个符号。这也不起作用，但因为位模式并不总是固定的，所以无论如何它都不是解决方案。

    mov bh,bl   ;move bit pattern into register so that we can change it
    and bh,10000b ;AND register to find set bits and store back in register
    rol bh,1    ;rol result to obtain 00001b
    shl bl,1    ;SHIFT original bit pettern right
    cmp bh,1    ;check if bit is set or not (1=set, else 0)
    je writesym ;if set, write symbol
    jne writeblank  ;if not set, write space

我现在最接近解决这个问题（在 Peter Duniho 的回答作为指导的帮助下）是将我的位数组存储为完整的 8 位形式（即 011110000b 等而不是 011110b 否则汇编器将其存储为 00011101 隐式存储，如 Martin Rosenau 的回答中所述，我们不想要）以及完整的 10000000b （因为我们最多使用 8 位，这让我们可以检查 MSB） 1 个（000000001b），就像我之前尝试做的那样，然后使用上面的 ROL 和比较方法（或者只是将它与10000000b 进行比较）。循环总共运行了 7 次（由于每个字母有 7 行/位模式，除了 A 有 4 所以 A 打印不正确，但这是我可以在某些条件下自己解决的问题。程序工作并打印现在正确。这是我使用的代码：

        mov bh,bl   ;move bit pattern into register so that we can change it
        and bh,10000000b   ;AND register to find set bits and store back in register
        rol bh,1    ;shift MSB to LSB to compare (or could just compare with 10000000b instead)
        shl bl,1    ;SHIFT original bit pettern left
        cmp bh,1    ;check if bit is set or not (or use cmp bh,10000000b and omit rol above)
        je writesym ;if set, write symbol
        jne writeblank  ;if not set, write space

我已将 Peter 的解决方案标记为答案，因为它为我指明了解决此问题的正确方向。但正如他所提到的，有很多方法可以解决这个问题（如发布的不同解决方案所示），但他恰好是我为我自己的代码实现的最简单的方法，这正是他想要的。

Martin Rosenau 的回答也很有见地，尤其是优化。当我有更多时间时，我会尝试实现这些，然后更新上面的解决方案。

【问题讨论】：

左移一点，从顶部移到 CF 中。例如add bl,bl / jc writesym / 否则失败或jmp 写空白。

re：编辑：如果它实际上是可变宽度，您的代码如何知道位模式的开始位置？即使前几列全为零，将每个块视为始终为 8x7 似乎要容易得多。然后你可以按照我在第一条评论中建议的方式简单地解码它，一次将一位移动到 CF 中。

【参考方案1】：

理想情况下，我希望它以某种方式从最重要的位开始比较，然后以正确的顺序打印它

对我来说似乎是个好主意。你有没有尝试过这些方面的任何事情？如果是这样，您具体尝试了什么？您遇到了什么具体困难？

与此同时……

什么决定了要检查的位位置数（即循环计数）？是固定的吗？如果是这样，为什么不只是将位与高端而不是低端（例如10000b，又名16）并左移而不是右移？

例如

mov bh,bl     ;move bit pattern into register so that we can change it
and bh,10000b ;AND register to find set bits and store back in register
shl bl,1      ;SHIFT original bit pattern left
cmp bh,10000b ;check if bit is set or not (1=set, else 0)
je writesym   ;if set, write symbol
jne writeblank  ;if not set, write space

如果您直到运行时才知道循环计数，您可以为每次迭代移动：

mov bh,bl     ;move bit pattern into register so that we can change it
shr bh,cl     ;the assumption being that cl has the width of your bit pattern
dec cl        ;next bit
and bh,1      ;AND register to find set bits and store back in register
cmp bh,1      ;check if bit is set or not (1=set, else 0)
je writesym   ;if set, write symbol
jne writeblank  ;if not set, write space

如果您已经在循环中使用 CX，显然上述内容需要稍作修改。但希望您能了解基本概念。

上面的一个变体将是例如通过存储1并左移适当的计数（例如shl al,cl）将AND位模式存储在另一个寄存器中（例如al），然后使用al作为操作数而不是第一个中的10000b上面的例子。

这些远非您唯一的选择。您需要大大缩小问题的限制以获得更具体的答案。但是，假设这是一个学习 ASM 的练习，那么这是您阅读和了解更多关于您可用的位操作操作的好机会。 :)

【讨论】：

您应该简化 OP 的代码，例如 shl bl,1 / test bl, 1<<5 / jnz writesym。它不需要 2 个寄存器或任何复制，也绝对不需要可变计数移位。 （如果您有 386 条指令，您可以使用 bt bx, cx 处理变量计数，以设置 CF = CX 选择的位位置。否则，您可以在循环外为 test 创建掩码。）

@PeterCordes：是的，感谢您提供的额外积分。不幸的是，这个主题有很多变化。我希望不必编写所有变体的详尽枚举，而是发布一些非常接近 OP 已经在做的事情，以尽量减少潜在的混淆（即在这里，教学问题优先于代码效率，恕我直言）。但你是对的......还有其他更好的方法来执行这些操作。

我会为每种方式写一个有效的例子，就像马丁的回答一样。无需列举所有方法，甚至无需尝试，但仅使用几条指令就可以让未来的读者更容易理解该示例，并且是一个更好的复制示例。我认为能够遵循程序逻辑的初学者一旦看到以简单的方式完成后，就可以很快看出他们的版本是如何过于复杂的。所以我不认为消除低效率是理解的障碍。此外，这只是一个读者；其他人可能并没有陷入他们的复制和销毁策略。

Stack Overflow 的答案在各个方面都应该是很好的例子，未来的读者可以从中学习，或者复制/粘贴而不用自找麻烦。我强烈不同意将 OP 的低效做事方式最小化的做法，当它很容易并且高效的版本更短更简单且更少进行时。

@PeterCordes：欢迎您提出意见。 :) 告诉你什么：你发布的答案提供了很好的细节水平，并演示了并解释你所说的优化应该在答案中，我将删除我的答案并向上-投票给你。这似乎比评论我的答案更有效地利用了你的时间。

【参考方案2】：

问题在于 AND 的工作方式。

您的第一个问题是右移的工作方式。右移将删除“图像”的最右侧“像素”并将该像素左侧的像素移动到最右侧的位置（这样该像素将成为下一个要打印的像素）：

"$$$ $ $ " ->
" $$$ $ $" ->
"  $$$ $ " ->
"   $$$ $" ->
...

如果要从左到右打印像素，则必须执行左移，而不是右移。

（请注意，可以使用shl bl,1 或add bl,bl 完成左移。）

因为您的“图像”只有 5 个“像素”宽，但一个字节有 8 位，所以您必须决定是在图像的左侧还是右侧添加未使用的位。

例如：

"$$$ $" = 11101000 or 00011101 ?

假设您决定在左侧添加像素（00011101 - 如果您将数字指定为 011101b，汇编程序将隐式执行此操作）。

然后您必须执行AND 操作，其值具有代表最左边像素集的位：

Old:              New:

and bh,1          and bh, 010000b
shr bl,1          shl bl, 1

---

顺便说一句：您的程序有两种可能的优化：

1) 利用最左边的位不丢失的事实：

patternloop:    
    shl bl,1
    test bl,0100000b
    je writesym

这种优化利用了字节中有 3 个空闲位的事实，因此字节的左位不会在左移中“丢失”：

"0 0 0<1>1 1 0 1"
  -> Left shift ->
"0 0<1>1 1 0 1 0"

"< >" = Bit you are interested in

指令test bl,xxx 影响ZF 标志（影响je 指令）的方式与组合两个指令and bl,xxx 后跟cmp bl,0 的方式相同，但它不会修改bl注册！

2) 利用右移将位移出到CF这一事实：

patternloop:    
    shl bl,1
    jc writesym

此优化假设“$$$ $”存储为 11101000 而不是 00011101。它使用 shl 将在执行移位之前将最左边（最高）位复制到 CF 标志的事实（假设移位 1 位）：

BL="<1>1 1 0 1 0 0 0", CF=?
   -> Left shift (using SHL or ADD) ->
BL="1 1 0 1 0 0 0 0", CF=<1>

如果设置了CF 标志，jc 指令将执行跳转。

【讨论】：

即将使用add / test 发布类似的内容。刚刚想到shl bl, 3 before 循环会将感兴趣的位带到顶部并设置add bl,bl / jc 循环，保存test bl, 1<<5。

shl 将在进行移位之前将最左边（最高）位复制到 CF 标志：这仅适用于移位 1，并且可能会混淆 shl bl, 2。我认为英特尔描述它的方式更容易理解，因为 CF 将最后一位移出。 （或者当然，使用add bl,bl 使其成为普通添加的实际进位，并且更有效，因为它可以在现代 CPU 上与jc 进行宏融合。）

@MartinRosenau：我认为他的意思是你写 010000h 的那一行（十六进制，而不是二进制）。但由于 NASM 支持表达式，IMO 更容易编写 test bl, 1<<5 在源中写入位位置，而不是让读者计数。或 1<<(5+1) 轮班后。

@PeterDuniho 是的。这应该是“b”而不是“h”。我更正了。

【参考方案3】：

您可以使用操作码 ROL 将位向 MSB 旋转 1，然后 MSB 将旋转到 LSB 的位置，例如：

11110000 -> ROL 1 -> 11100001

这样你就可以做类似的事情：

ROL1 -> 测试 LSB -> ROL1 -> 测试 LSB -> ....

在您的情况下，bl 是一个 8 位注册器，循环 ROL，测试 8 次以绘制 ascii 艺术

【讨论】：

这不适用于给定的样本数据，即只有 5 个有效位。

您正在尝试帮助那些明显缺乏位操作经验的人，如果不是一般的组装。您有必要确保您的答案没有省略诸如“忽略前三个 ROL”之类的细节。对于那些不会自然而然地自行推断出这一切的人来说，这非常重要。