MUL/DIV 指令与 MOV & SHL/SHR (Pentium Pro)

Question

为什么要使用：

MOV EAX, 22 
SHL EAX, 2

...当乘以 4 而不是仅使用 MUL 指令时？
我知道这也可以用SHR 而不是DIV 来完成。

这样做有什么好处？
你也可以用奇数来做这个，还是只能是偶数？

Answer 1

有许多代码习语比“MUL 常量”更快。

现代 x86 CPU 至少在几个时钟内执行 MUL。因此，任何在 1-2 个时钟内计算乘积的代码序列都将优于 MUL。您可以使用快速指令（ADD、SHL、LEA、NEG）以及处理器可以在单个时钟中并行执行其中一些指令来替换 MUL 的事实。可以说，这意味着如果您避免某些数据依赖性，您可以在 2 个时钟内以多种组合执行其中的 4 条指令。

LEA 指令特别有趣，因为它可以乘以一些小常数 (1,2,3,4,5,8,9) 以及将乘积移动到另一个寄存器，这是破坏数据的一种简单方法依赖关系。这允许您在不破坏原始操作数的情况下计算子积。

一些例子：

将 EAX 乘以 5，将产品移至 ESI：

   LEA ESI, [EAX+4*EAX]    ; this takes 1 clock

将 EAX 乘以 18：

   LEA  EAX, [EAX + 8*EAX]
   SHL  EAX, 1

将 EAX 乘以 7，将结果移动到 EBX：

   LEA  EBX, [8*EAX]
   SUB  EBX, EAX

将 EAX 乘以 28：

   LEA  EBX, [8*EAX]
   LEA  ECX, [EAX+4*EAX]  ; this and previous should be executed in parallel
   LEA  EAX, [EBX+4*ECX]

乘以 1020：

   LEA  ECX, [4*EAX]
   SHL  EAX, 10         ; this and previous instruction should be executed in parallel
   SUB  EAX, ECX

乘以 35

   LEA  ECX, [EAX+8*EAX]
   NEG  EAX             ; = -EAX
   LEA  EAX, [EAX+ECX*4]

所以，当你想达到乘以一个适度的大小常数的效果时，你必须考虑如何将它“分解”到 LEA 指令可以产生的各种乘积中，以及如何移位、相加、 或减去部分结果得到最终答案。

通过这种方式可以产生多少乘以常数是惊人的。 您可能认为这仅对非常小的常量有用，但正如您从上面的 1020 示例中看到的那样，您也可以得到一些令人惊讶的中等大小的常量。这在索引到结构数组时非常方便，因为您必须将索引乘以结构的大小。 通常在索引这样的数组时，您想要计算元素地址并获取值；在这种情况下，您可以将最终的 LEA 指令合并到 MOV 指令中，而这对于真正的 MUL 是无法做到的。这会为您购买额外的时钟周期，以便通过这种类型的习语在其中执行 MUL。

[我已经构建了一个编译器，它使用这些指令通过对指令组合进行小而详尽的搜索来计算“最佳乘以常数”；然后它会缓存该答案以供以后重用]。

Answer 2

使用SHL/SHR指令一般来说比MUL/DIV快很多。

要回答您的第二个问题，您也可以使用奇数进行此操作，但您必须添加另一条指令。所以从技术上讲，你不能只使用SHL/SHR。

例如：下面的代码在不使用MUL指令的情况下乘以5：

mov num, 5
mov eax, num
mov ebx, num
shl eax, 2    ; MULs by 4
add eax, ebx  ; ADD the x1 to make = 5