FLD 指令 x64 位

Posted 2023-02-16

【中文标题】FLD 指令 x64 位

【英文标题】：FLD instruction x64 bit

【发布时间】：2013-04-03 11:42:34

【问题描述】：

我对 x64 位的 FLD 指令有一点问题... 想将 Double 值加载到 st0 寄存器中的堆栈指针 FPU，但这似乎是不可能的。 在 Delphi x32 中，我可以使用以下代码：

function DoSomething(X:Double):Double;
asm

  FLD    X
   // Do Something ..
  FST Result

end;

很遗憾，在 x64 中，相同的代码不起作用。

【问题讨论】：

定义“不起作用”。它会崩溃吗？它不编译吗？它没有返回预期的结果吗？

您是否阅读过 Delphi 帮助中有关 Win64 兼容性的信息？他们告诉 Win64 中没有 10 字节 Extended 类型。这表明 Delphi Win64 不使用 FPU (x86)。它改用 SSE。因此使用 FPU 指令是有问题的。使用 BAsm x64 时也要小心 - 存在破坏数据甚至逆向程序控制流的错误。

在 x86_64 中，除非您需要扩展精度，否则不应使用 FPU。 SSE 的结果更快、更一致

【参考方案1】：

Delphi 继承了Microsoft x64 Calling Convention。 因此，如果函数/过程的参数是浮点/双精度，则它们会在 XMM0L、XMM1L、XMM2L 和 XMM3L 寄存器中传递。

但是您可以在参数之前使用var 作为解决方法，例如：

function DoSomething(var X:Double):Double;
asm
  FLD  qword ptr [X]
  // Do Something ..
  FST Result
end;

【讨论】：

不错的解决方法。尽管您不能传递诸如 DoSomething(1.0) 之类的常量文字或声明为 Single 的变量的限制。

@Ville Krumlinde：确实，如果您需要使用常量参数调用函数，而不是在const 部分中，请首先声明常量。 :)

【参考方案2】：

在 x64 模式下，浮点参数在 xmm 寄存器中传递。所以当 Delphi 试图编译 FLD X 时，它变成了 FLD xmm0 但没有这样的指令。您首先需要将其移动到内存中。

结果也是如此，应该在xmm0中传回。

试试这个（未测试）：

function DoSomething(X:Double):Double;
var
  Temp : double;
asm
  MOVQ qword ptr Temp,X
  FLD Temp
  //do something
  FST Temp
  MOVQ xmm0,qword ptr Temp
end;

【讨论】：

>所以当Delphi 试图编译FLD X 时，它变成了FLD XMM0 ...这个FLD 结果怎么样！！！为什么编译器接受加载结果..这是一个错误！

@SMP3 ：事实证明，当您执行“FST 结果”时，BASM 会在堆栈上为结果分配一个临时存储空间，然后在末尾添加一条额外的指令以使用该值加载 xmm0。我不知道。在调试器的反汇编视图中自己查看。

这是一个错误吗？不，在 x64 上使用 SSE 而不是 x87。但是你应该停止做 asm 并让编译器完成工作。

【参考方案3】：

您不需要在 x86-64 代码中使用旧版 x87 堆栈寄存器，因为 SSE2 是基线，是 x86-64 ISA 的必需部分。 您可以并且应该在 XMM 寄存器上使用 addsd、mulsd、sqrtsd 等进行标量 FP 数学运算。 （或 addss 浮动）

Windows x64 调用约定在 XMM0..3 中传递浮点/双浮点参数，如果它们是函数的前四个参数之一。 （即如果是 FP，则第 3 个总 arg 进入 xmm2，而不是 xmm2 中的第 3 个 FP arg。）它在 XMM0 中返回 FP 值。

只有在函数内部确实需要 80 位精度时才使用 x87。 （fsin 和 fyl2x 之类的指令并不快，通常可以通过使用 SSE/SSE2 指令的普通数学库来完成。

function times2(X:Double):Double;
asm
    addsd  xmm0, xmm0       // upper 8 bytes of XMM0 are ignored
    ret
end

存储到内存并重新加载到 x87 寄存器会花费您大约 10 个延迟周期而没有任何好处。 SSE/SSE2 标量指令与 x87 等效指令一样快或更快，并且更易于编程和优化，因为您永远不需要 fxch；它是一种平面寄存器设计，而不是基于堆栈的。 (https://agner.org/optimize/)。此外，您有 15 个 XMM 寄存器。

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当然，您通常根本不需要内联汇编。如果编译器不为您执行此操作，它可能对手动向量化很有用。

【讨论】：

“传统”的精度是 80 位，而“现代”的精度是 32 或 64 位，具体取决于指令。您将在计算过程中失去精度。这对于游戏来说是可以的，但对于某些应用程序来说就不行了。

@rxantos：与什么相比失去精度？ x86-64 编译器已经在 float/double 上使用 SSE2 进行数学运算，因此这是比较的标准。此外，一些 32 位编译器（尤其是 MSVC）将 x87 单元设置为 64 位精度（53 位尾数）以更接近C FLT_EVAL_METHOD=1 语义，因此如果您使用该实现，则无论如何都不存在额外的精度.

@rxantos: double 对于大多数科学计算来说已经足够精确了，并且通过对某些问题进行仔细的数值设计，您可以使用 32 位 float 将每条 SIMD 指令的工作量提高 2 倍。如果您真的关心 FP 舍入误差，您可以在对数组求和或成对求和时执行 Kahan 求和来补偿错误。 （Unrolling with multiple SIMD accumulators is a step in that direction，通常会减少舍入误差。）

@rxantos: 但是是的，如果你可以免费获得它（就性能而言），80 位临时精度对于许多你不是故意补偿它的计算来说是很好的，并且在哪里双舍入问题（到 80 位，然后到 64 位）并没有超过好处。另请参阅randomascii.wordpress.com/2012/03/21/… re：中间精度，尤其是在 MSVC 中，另见 Did any compiler fully use Intel x87 80-bit floating point?