当将有符号数与无符号数相乘时，我应该使用“mul”还是“imul”？

Question

我发现mul和imul都可以用于将有符号数乘以无符号数。

例如：

global _start

section .data
    byteVariable DB -5

section .text
_start:

mov al, 2
imul BYTE [byteVariable]

你可以将imul替换为mul，结果仍然相同（-10）。

在将有符号数乘以无符号数时，mul和imul是否完全相同，还是它们之间存在区别？

- user8315006

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不，结果并不相同，可能您只是检查了结果的低半部分，而那部分是相同的。无符号的“mul”应该在“ax”中产生“502”的结果。 - Jester

@Jester 你是对的，当使用 mul 时，ax 是 0x01F6 (502)，而当使用 imul 时，它是 0xFFF6 (-10)。 - user8315006

如果您不需要高位结果，则始终使用imul reg，r/m32或imul reg，r/m32，imm；它在现代CPU上更有效率（1 uop），因为它不必在任何地方写入高半部分。https://agner.org/optimize/ - Peter Cordes

相关：为什么要使用imul来乘以无符号数？ - janw

Answer 1

上半部分与评论中提到的不同。如果您不关心上半部分，可以使用mul或imul，以它们所有的形式（单操作数形式产生上半部分，但在这种情况下您将忽略它）。

如果您关心上半部分，则mul和imul都不能单独工作，因为它们只是无符号*无符号和有符号*有符号相乘，但您可以很容易地修复它。

考虑到有符号字节具有位权重-128、64、32、16、8、4、2、1，而无符号字节具有位权重+128、64、32、16、8、4、2、1。因此，您可以用有符号格式表示x的无符号值（我知道这很困惑，但这是我能做的最好的），如x + 256 x_7（其中x_7是x的第7位）。最简单的方法可能是将其拆分：x + 2 * 128 * x_7。这里发生的事情是通过添加第7位的值128次来补偿-128权重，首先去除它，然后再通过再次执行它一直到+128权重，当然这可以一步完成。

无论如何，将其乘以一些有符号数字y并计算出来，得到256 x_7 y + xy，其中xy是imul的（双宽度）结果，256 x_7 y表示“如果设置了x的符号，则将y添加到上半部分”，因此可能的实现是（未经测试）。

; al has some unsigned value
mov dl, al
sar dl, 7
and dl, [signedByte]
imul BYTE [signedByte]
add ah, dl

通常情况下，您可以对一个操作数进行符号扩展，对另一个操作数进行零扩展，并使用16位乘法（任何一种都可以，因为这种方式上半部分不相关）。

- harold

Answer 2

x86有一条指令可以将有符号字节乘以无符号字节：SSSE3 pmaddubsw。

您可以将其视为将一个操作数符号扩展为16位，将另一个操作数零扩展为16位，然后进行NxN -> N位乘法。（对于每个SIMD元素）。

它还可以水平添加相邻字节的字产品对，但如果您使用零（punpcklbw或pmovzxbw）解包输入，则可以单独获取每个产品。

当然，如果您具有SSE4.1，则可以只pmovsxbw一个输入，pmovzxbw另一个输入，以提供常规的16位pmullw，如果您不想添加成对的产品。

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但如果你只想要一个标量结果，movsx/movzx来提供给常规的非扩展imul reg,reg是最好的选择。 正如Harold所指出的，mul r/m和imul r/m扩展乘法会以相同的方式处理它们的输入，因此两者都无法工作（除非已知有符号输入为非负数或无符号输入未设置其高位，因此您可以将它们都视为相同）。 mul和imul还会以不同的方式设置FLAGS：CF = OF = 是否完全适合于低半部分。 （即，完整的结果是低半部分的零扩展或符号扩展）。对于imul reg，r/m或imul reg，r/m，imm，“低半部分”是目标寄存器；高半部分不写入任何地方。

- Peter Cordes

Answer 3

标志位的另一种行为。对于MUL：当进位位改变上半部分时，OF=CF=1；对于IMUL：当进位位在低位中改变符号位（或2个或3个操作数形式的结果中仅改变符号位）时，OF=CF=1。

- dim00

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这不是一个非常清晰的描述。Intel的手册解释得更好：mul如果上半部分非零，则设置CF和OF。 imul如果上半部分不是低半部分的符号扩展，则设置CF和OF。否则它们被清除。因此，在两种情况下，CF = OF =结果是否适合低半部分。（imul的2个和3个操作数形式仅产生完整乘法的低半部分，但标志仍然设置为单操作数形式相同。） - Peter Cordes