为什么我不能直接将一个字节移到64位寄存器？

Question

为什么我不能在英特尔x86-64汇编中直接将一个字节从内存移到64位寄存器？

例如，此代码：

extern printf

global main

segment .text

main:
    enter   2, 0

    mov     byte [rbp - 1], 'A'
    mov     byte [rbp - 2], 'B'

    mov     r12, [rbp - 1]
    mov     r13, [rbp - 2]             

    xor     rax, rax           
    mov     rdi, Format                                                                                             
    mov     rsi, r12                                                                                                
    mov     rdx, r13                                                                                                
    call    printf                                                                                                  

    leave                                                                                                           
    ret                                                                                                             

segment .data                                                                                                       
Format:     db "%d %d", 10, 0

印刷品：

65 16706

为了使代码正常工作，我需要将寄存器r12和r13的移动字节更改为：

xor     rax, rax
mov     al, byte [rbp - 1]
mov     r12, rax
xor     rax, rax
mov     al, byte [rbp - 2]
mov     r13, rax

现在，它打印出预期内容：

65 66

我们为什么要这样做？

有更简单的方法吗？

谢谢

Answer 1

可以使用movzx指令将字节移动到64位寄存器。

对你来说，那就是

movzx     r12, byte ptr [rbp - 1]
movzx     r13, byte ptr [rbp - 2]

另一种避免按时间寻址内存的方法是

mov       ax,  word ptr [rbp - 2]
movzx     r12, al
movzx     r13, ah

但最后一条指令不会被编译。看见http://www.felixcloutier.com/x86/MOVZX.html“在64位模式下，如果使用REX前缀，则无法对r/m8进行编码以访问以下字节寄存器：AH、BH、CH、DH。”

所以我们要做到以下几点：

mov       ax,  word ptr [rbp - 2]
movzx     r12, al
mov       al, ah
movzx     r13, al

但是，像第一个示例中那样的两个movxz'e可能更快（处理器可能会优化内存访问）-速度取决于更大的上下文，应该在复杂的环境中进行测试。

您可以利用这样一个事实，即在64位模式下，修改32位寄存器也会清除最高位（63-32），但无论如何，您无法使用movzx指令在64位下对ah寄存器进行编码，即使是在64位模式下出现的新寄存器的32位部分（movzx r13d，ah也无法工作）。

您可以按以下方式使用64位rNN寄存器的8位、16位和32部分：

rNNb-字节rNNw-字rNNd-dword

例如，r10b、r10w、r10d。下面是代码中的示例

    xor     r8d,dword ptr [r9+r10*4]
    .....
    xor     r8b, al
    .....
    xor     eax, r11d

请注意：rNN寄存器的'h'部分不可用，它们仅适用于四个第一寄存器：ah、bh、ch和dh。

另一个注意事项：修改64位寄存器的32位部分时，较高的32位会自动设置为零。

使用寄存器的最快方法是始终清除最高位，以消除对寄存器先前内容的错误依赖。这是英特尔推荐的方法，将允许更好的无序执行（OOE）和寄存器重命名（RR）。除此之外，在现代处理器上使用完整寄存器而不是使用它们的较低部分更快：骑士登陆和炮弹湖。所以这是在这些处理器上运行更快的代码（它将使用OOE和RR）：

movzx     rax, word ptr [rbp - 2]
movzx     r12, al
shr       rax, 8
mov       r13, rax

关于Knights Landing和未来主流处理器（如CannonLake），英特尔明确表示，8位和16位寄存器上的指令将比CannonLake上32位或64位寄存器上的指令慢得多，因此它们现在正在Knights Landing上。

如果您在编写时考虑到OOB和RR，那么您的汇编代码将更快。

Answer 2

酌情使用带零或符号扩展名的移动。

movsx-rax，字节[rbp-1]符号扩展到rax。