Почему инструкции по сборке содержат умножения в инструкции «lea»?

Question

Я работаю над очень низким уровнем части приложения, в котором производительность имеет решающее значение.

При исследовании сгенерированного сборки, я заметил следующую инструкцию:

lea eax,[edx*8+8] 

Я привык видеть дополнения при использовании ссылки на память (например, [EDX + 4]), но это первый раз, когда я вижу умножение.

• Означает ли это, что процессор x86 может выполнять простые умножения в инструкции lea?
• Это умножение влияет на количество циклов, необходимых для выполнения инструкции?
• Является ли умножение ограничено степенями 2 (я бы предположил, что это так)?

Заранее спасибо.

Answer 1

Чтобы развернуть на мой комментарий и ответить на остальные вопросы ...

Да, он ограничивается силами двух. (2, 4 и 8). Поэтому не требуется множитель, так как это просто сдвиг. Дело в том, что он быстро генерирует адрес из индексной переменной и указатель - где тип данных - это простое 2, 4 или 8 байтовое слово. (Хотя его часто злоупотребляют и для других целей.)

Что касается количества циклов, которые необходимы: согласно Agner Fog's tables, инструкция на рабочем столе постоянна на некоторых машинах и переменной на других.

На Sandy Bridge есть штраф в 2 цикла, если он «сложный или рип-родственник». Но он не говорит, что означает «сложный» ... Поэтому мы можем только догадываться, если вы не станете эталоном.

Answer 2

Собственно, это не что-то специфическое для инструкции lea.

Этот тип адресации называется Scaled Addressing Mode. Умножение достигается за счет битового сдвига, который является тривиальным:

Вы могли бы сделать «масштабируемого решения» с mov тоже, к примеру (обратите внимание, что это не та же самая операция, единственное сходство тот факт, что ebx*4 представляет собой адрес умножение):

mov edx, [esi+4*ebx] 

(источник: http://www.cs.virginia.edu/~evans/cs216/guides/x86.html#memory)

Для более полного списка, см this Intel document. Таблица 2-3 показывает, что допускается масштабирование 2, 4 или 8. Ничего больше.

Задержка (с точки зрения количества циклов): Я не думаю, что это должно быть затронуто вообще. Сдвиг - это вопрос соединений, и выбор между тремя возможными сдвигами зависит от стоимости одного мультиплексора.

Answer 3

Чтобы расширить ваш последний вопрос:

ограничен ли умножение степеней 2 (я бы предположить, что это так)?

Обратите внимание, что вы получите результат base + scale * index, так что в то время как scale должен быть 1, 2, 4 или 8 (размер x 86 целочисленных типов данных), вы можете получить эквивалент умножения на некоторых различных констант используя тот же регистр, как base и index, например:

lea eax, [eax*4 + eax] ; multiply by 5 

Это используется компилятором, чтобы сделать снижение прочности, например: для умножения на 100, в зависимости от опций компилятора (целевой модели процессора, варианты оптимизации), вы можете получить:

lea (%edx,%edx,4),%eax ; eax = orig_edx * 5 
lea (%eax,%eax,4),%eax ; eax = eax * 5 = orig_edx * 25 
shl $0x2,%eax   ; eax = eax * 4 = orig_edx * 100