读取 CF、PF、ZF、SF、OF

Question

我正在为我自己的汇编语言编写一个虚拟机，当我执行加法等操作时，我希望能够像在 x86-64 架构中设置的那样设置进位、奇偶校验、零、符号和溢出标志.

注意事项：

• 我正在使用 Microsoft Visual C++ 2015 和 Intel C++ Compiler 16.0
• 我正在编译为 Win64 应用程序。
• 我的虚拟机（当前）只对 8 位整数进行算术运算
• 我（目前）对任何其他标志（例如 AF）不感兴趣

我目前的解决方案是使用以下函数：

void update_flags(uint16_t input)
{
    Registers::flags.carry = (input > UINT8_MAX);
    Registers::flags.zero = (input == 0);
    Registers::flags.sign = (input < 0);
    Registers::flags.overflow = (int16_t(input) > INT8_MAX || int16_t(input) < INT8_MIN);

    // I am assuming that overflow is handled by trunctation
    uint8_t input8 = uint8_t(input);
    // The parity flag
    int ones = 0;
    for (int i = 0; i < 8; ++i)
        if (input8 & (1 << i) != 0) ++ones;

    Registers::flags.parity = (ones % 2 == 0);
}

另外，我会使用如下：

uint8_t a, b;
update_flags(uint16_t(a) + uint16_t(b));
uint8_t c = a + b;

编辑： 为了澄清，我想知道是否有更有效/更简洁的方法（例如通过直接访问 RFLAGS） 此外，我的代码可能不适用于其他操作（例如乘法）

EDIT 2我现在已将我的代码更新为：

void update_flags(uint32_t result)
{
    Registers::flags.carry = (result > UINT8_MAX);
    Registers::flags.zero = (result == 0);
    Registers::flags.sign = (int32_t(result) < 0);
    Registers::flags.overflow = (int32_t(result) > INT8_MAX || int32_t(result) < INT8_MIN);
    Registers::flags.parity = (_mm_popcnt_u32(uint8_t(result)) % 2 == 0);
}

还有一个问题，我的进位标志代码能正常工作吗？我还希望为减法期间发生的“借用”正确设置它。

注意：我正在虚拟化的汇编语言是我自己设计的，旨在简单并基于 Intel 的 x86-64（即 Intel64）实现，因此我希望这些标志的行为方式大致相同。

Answer 1

TL:DR：使用惰性标志评估，见下文。

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input 是一个奇怪的名字。大多数 ISA 根据操作的结果而不是输入来更新标志。您正在查看 8 位操作的 16 位结果，这是一种有趣的方法。在 C 中，您应该只使用unsigned int，它保证至少是uint16_t。它将在 x86 上编译成更好的代码，其中unsigned 是 32 位。 16 位操作需要一个额外的前缀，并可能导致部分寄存器速度变慢。

这可能有助于解决您提到的 8bx8b->16b mul 问题，具体取决于您希望如何为正在模拟的架构中的 mul 指令定义标志更新。

我认为您的溢出检测不正确。请参阅链接自 x86 标签 wiki 的 this tutorial，了解它是如何完成的。

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这可能不会编译成非常快的代码，尤其是奇偶校验标志。您是否需要您正在模拟/设计的 ISA 具有奇偶校验标志？你从来没有说过你在模拟 x86，所以我认为这是你自己设计的一些玩具架构。

一个高效的模拟器（尤其是需要支持奇偶校验标志的）可能会从某种惰性标志评估中受益匪浅。保存一个值，如果需要，您可以从中计算标志，但在您到达读取标志的指令之前实际上不计算任何东西。大多数指令只写入标志而不读取它们，它们只是将uint16_t 结果保存到您的架构状态中。标志读取指令既可以从保存的uint16_t 中仅计算他们需要的标志，也可以计算所有标志并以某种方式存储。

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假设您无法让编译器从结果中实际读取PF，您可以尝试_mm_popcnt_u32((uint8_t)x) & 1。或者，将所有位水平异或：

x  = (x&0b00001111) ^ (x>>4)
x  = (x&0b00000011) ^ (x>>2)
PF = (x&0b00000001) ^ (x>>1)   // tweaking this to produce better asm is probably possible

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我怀疑任何主要编译器都可以窥视优化对结果的一堆检查到LAHF + SETO al 或PUSHF。编译器可以导入using a flag condition to detect integer overflow to implement saturating addition, for example。但是让它弄清楚你想要所有的标志，并实际使用LAHF 而不是一系列setcc 指令，可能是不可能的。编译器需要一个模式识别器才能使用LAHF，并且可能没有人实现它，因为用例非常罕见。

没有 C/C++ 方法可以直接访问操作的标志结果，这使得 C 成为实现此类功能的糟糕选择。 IDK 如果任何其他语言确实有标记结果，除了 asm。

我希望您可以通过在 asm 中编写部分仿真来获得很多性能，但这将是特定于平台的。更重要的是，它的工作量更大。

Answer 2

我似乎已经解决了这个问题，方法是将更新标志的参数拆分为一个无符号和有符号的结果，如下所示：

void update_flags(int16_t unsigned_result, int16_t signed_result)
{
    Registers::flags.zero = unsigned_result == 0;
    Registers::flags.sign = signed_result < 0;
    Registers::flags.carry = unsigned_result < 0 || unsigned_result > UINT8_MAX;
    Registers::flags.overflow = signed_result < INT8_MIN || signed_result > INT8_MAX
}

对于加法（应该为有符号和无符号输入产生正确的结果），我会执行以下操作：

int8_t a, b;
int16_t signed_result = int16_t(a) + int16_t(b);
int16_t unsigned_result = int16_t(uint8_t(a)) + int16_t(uint8_t(b));
update_flags(unsigned_result, signed_result);
int8_t c = a + b;

有符号乘法我会做以下事情：

int8_t a, b;
int16_t result = int16_t(a) * int16_t(b);
update_flags(result, result);
int8_t c = a * b;

其他更新标志的操作以此类推

注意：我在这里假设 int16_t(a) 符号扩展，int16_t(uint8_t(a)) 零扩展。

我还决定不使用奇偶校验标志，如果我稍后改变主意，我的 _mm_popcnt_u32 解决方案应该会起作用..

附：感谢所有回复的人，非常有帮助。另外，如果有人能在我的代码中发现任何错误，我们将不胜感激。