让编译器生成 adc 指令

Posted 2023-02-22

【中文标题】让编译器生成 adc 指令

【英文标题】：Getting a compiler to generate adc instruction

【发布时间】：2013-06-28 18:45:05

【问题描述】：

有什么方法可以让 Clang、GCC 或 VS 仅使用 Standard-C++(98/11/14) 生成 adc（带进位相加）指令？ （编辑：我的意思是在 x64 模式下，如果不清楚，请见谅。）

【问题讨论】：

那些是c 编译器

@Taylor：“GCC”和“Visual Studio”是编译器集合的名称，其中包含 C++ 编译器等。 clang 是一个 C++ 编译器。

您有什么特别的理由要这样做吗？

C 或 C++ 的全部意义在于将程序员与特定于平台的程序集隔离开来。 C 或 C++ 标准从未提及 ADC（这是一个实现细节），因此答案是否。无法保证特定处理器提供 ADC 指令...

@OliCharlesworth 是的，我想在 ISO-C++ 中实现高效的任意精度算术，但我认为目前不可能。

【参考方案1】：

如果您的代码进行比较并将比较结果添加到某物，则 gcc 5 通常会发出 adc（顺便说一下，gcc 4.8 不会在此处发出 adc）。例如，

unsigned foo(unsigned a, unsigned b, unsigned c, unsigned d)

    return (a + b + (c < d));

组装到

foo:
    cmpl    %ecx, %edx
    movl    %edi, %eax
    adcl    %esi, %eax
    ret

但是，让 gcc 真正发出 adc 有点棘手。

【讨论】：

是的，对于像上面这样的条件增量，很难让 gcc 发出 adc。我认为 gcc 有一个窥视孔或其他阶段，它采用adc 和0 立即并变成（在现代硬件上通常更糟）xor eax, eax; setb al; add ..., eax 序列。例如，如果你从上面删除b，所以它是(a + (c < d))，自然顺序是使用adc 和0，但gcc 做了奇怪的setb 事情。对于像a += (c < d) ? 1 : 0 这样的三元表达式也是如此。但是，如果您使用a += (c < d) ? 3 : 2 或任何其他非一值，它确实 使用adc eax, 2。

所以似乎只有当0 会立即出现这种奇怪现象。此外，如果您使用分支，例如if (c < d) a++，它使用adc！我试过many examples on godbolt。

【参考方案2】：

在 GCC 上有一个 __int128_t 类型可用于 amd64 和其他 64 位目标，它将使用一对 add/adc 指令进行简单的添加。 （请参阅下面的 Godbolt 链接）。

此外，这个纯 ISO C 代码可以编译为 adc：

uint64_t adc(uint64_t a, uint64_t b)

    a += b;
    if (a < b) /* should simplify to nothing (setting carry is implicit in the add) */
        a++; /* should simplify to adc r0, 0 */
    return a;

对我 (ARM) 来说，它产生了一些愚蠢的东西，但它针对 x86-64（在 Godbolt compiler explorer 上）编译为：

    mov     rax, rdi  # a, a
    add     rax, rsi  # a, b
    adc     rax, 0    # a,
    ret

【讨论】：

我要补充一点，我认为-funsafe-math-optimizations 可能会杀死整个if 块，但似乎没有。不过，我认为 C 可能允许这样的优化，所以请注意。

无符号环绕在 C/C++ 中被明确定义为二进制整数。它保证正常工作。 -funsafe-math-optimizations 只影响浮点行为。也许您正在考虑有符号整数环绕是未定义的行为？ -fwrapv 使其定义明确（作为 2 的补码），但默认情况下不启用。

【参考方案3】：

如果您为 X86（C++ 11 中的 int64_t）编译 64 位有符号加法，编译后的代码将包含 adc 指令。

编辑：代码示例：

int64_t add_numbers(int64_t x, int64_t y) 
    return x + y;

在 X86 上，加法是使用 add 指令后跟 adc 指令来实现的。在 X64 上，只使用了一条 add 指令。

【讨论】：

你能给出一个最小的示例函数吗？我从来没有在我的任何二进制文件中看到过它，只有 lea(q) 和类似的。

请看我的编辑，我之前应该包含这个。这里的背景是看看是否可以在 Standard-C++ 中构建高效的任意整数运算。 :)