为什么GCC针对常量的不同值生成不同的乘法操作码？

Question

我在gcc.godbolt.org上尝试使用GCC反汇编器，注意到从4.6版本开始，GCC对乘法的编译方式有所不同。以下是我的两个函数:

unsigned m126(unsigned i)
{
    return i * 126;
}

unsigned m131(unsigned i)
{
    return i * 131;
}

m126 编译后的结果是：

mov eax, edi
mov edx, 126
imul eax, edx
ret

而 m131 编译成：

imul eax, edi, 131
ret

为什么会有差异？GCC 4.5在两种情况下生成相同的操作码。

这是 GCC Explorer 上实际示例的链接。

- detunized

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因为如果数字超过有符号字节的最大值，它会生成不同的代码。 - tckmn

@Doorknob：这是一个有趣的假设，为什么需要这样做呢？ - NPE

@Doorknob：没错，我没有注意到。我只是考虑跨越8位边界。这样做更有效率或更紧凑吗？ - detunized

它肯定不更紧凑（我已经检查了机器代码）。我也不明白为什么它会更有效率。 - NPE

mov edx,126 不只使用“一个字节的常量”吗？如果是这样，那么与 imul eax, edi, 126 的 32 位常量相比，它可能会短一个字节。 - Mats Petersson

gcc 4.7.2 (-O3) 对于两个函数使用相同的指令序列：imull $126, 4(%esp), %eax 和 imull $131, 4(%esp), %eax。 - ouah

Answer 1

在gcc/config/i386/i386.md中发现了这个（请参见顶部的注释）：

;; imul $8/16bit_imm, regmem, reg is vector decoded.
;; Convert it into imul reg, reg
;; It would be better to force assembler to encode instruction using long
;; immediate, but there is apparently no way to do so.
(define_peephole2
  [(parallel [(set (match_operand:SWI248 0 "register_operand")
           (mult:SWI248
            (match_operand:SWI248 1 "nonimmediate_operand")
            (match_operand:SWI248 2 "const_int_operand")))
          (clobber (reg:CC FLAGS_REG))])
   (match_scratch:SWI248 3 "r")]
  "TARGET_SLOW_IMUL_IMM8 && optimize_insn_for_speed_p ()
   && satisfies_constraint_K (operands[2])"
  [(set (match_dup 3) (match_dup 2))
   (parallel [(set (match_dup 0) (mult:SWI248 (match_dup 0) (match_dup 3)))
          (clobber (reg:CC FLAGS_REG))])]
{
  if (!rtx_equal_p (operands[0], operands[1]))
    emit_move_insn (operands[0], operands[1]);
})

似乎与指令解码有关（抱歉我不是专家）

- szx

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这似乎与此相关。但我并不真正理解这段代码如何解释差异。 - detunized

经过一段时间的学习，它开始变得有意义了。当定义了TARGET_SLOW_IMUL_IMM8并且satisfies_constraint_K为真（在constrains.md中定义，表示常量在[-128, 127]范围内），它将用三个指令组合替换三操作数的imul。看起来，在某些CPU上，带有imm8的imul可能会很慢。 - detunized

在 i386.c 中有一段代码，其中写着：/* X86_TUNE_SLOW_IMUL_IMM8: Imul of 8-bit constant is vector path on AMD machines. */ m_CORE2I7 | m_K8 | m_AMDFAM10 | m_BDVER | m_BTVER | m_GENERIC64。现在它有点意义了。谢谢。 - detunized