在x86汇编中，将单个内存单元设置为零或常量的最快方法是什么？

Question

在x86中，将单个内存单元设置为零的最快方法是什么？通常我这样做：

C745D800000000  MOV [ebp-28], 0

你可以看到，这种编码方式相当复杂，因为它使用了全部4个字节的常量。如果使用普通的寄存器，我可以使用更紧凑的MVZE指令，但是MVZE指令不适用于内存。

我在考虑先清空一个寄存器，然后将寄存器的值MOV到内存中, 这样虽然需要两条指令，但总长度只有5个字节，比上面那个7个字节的指令更短。遵循"越短就越快"的原则，这可能更可取。

- Tyler Durden

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由于指令不能有两个内存操作数，因此您无法将内存单元与其自身进行异或运算。 - Daniel Kamil Kozar

当然可以，但它们并没有明确地作为该指令的操作数进行说明，并且直接与其编码在一起。 - Daniel Kamil Kozar

@Linuxios 为什么不允许从内存到内存进行movl操作？，为什么汇编语言中一个指令不能包含两个内存引用？ - phuclv

当你说“单个单元格”时，你是指一个字节吗？还是指一个双字/四字（其中mov需要一个imm32）？ - Peter Cordes

你给这个贴打了x86标签；x86架构围绕着未对齐的加载/存储和单字节进行设计。显然，许多非x86 CPU实际上在缓存中执行RMW循环以更新字中的一个字节进行字节存储（是否有任何现代/古老的CPU/微控制器，其中缓存的字节存储实际上比字存储慢？），但现代指令集架构都是按字节寻址的，并且都有体系结构级别的字节存储指令。 （除早期的Alpha之外，如果您认为它现代的话）。 - Peter Cordes

Answer 1

很遗憾，您在此处编写的是“直接”将内存单元清零的唯一方法。当然，通过对寄存器进行异或操作，然后将其移动到某个内存位置也可以实现，但我不知道这是否会更快。

如果您恰好拥有一个值为零并且确定的寄存器，请尽管使用它。否则，只需坚持使用mov [ebp-28], 0。请记住，mem, imm操作数被认为是最慢的之一：如果您分析了代码并发现这是瓶颈，那么请在函数（或其他内容）开头初始化一个寄存器为零，然后在整个代码中使用它作为预定义常量。

- Daniel Kamil Kozar

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你知道这是否也是最短的方式吗？在x86 64位上，mov [r14], 0是一个7字节的指令。 - Björn Lindqvist

在x86-64架构中，“xor eax, eax” + “mov [r14d], rax”只需5个字节。因为对32位寄存器进行的所有操作都会隐式清除其上半部分，并且编码时更短，所以您不需要对64位寄存器“rax”进行异或操作。尽管如此，这种方法可能并不一定比“mov mem，imm”更快。但是像Daniel所说的那样，在同一个函数中如果您有任何其他用途可以使用值0，那么这将是一个显而易见的、巨大的优势，特别是在x86-64中，您几乎总是会有足够的寄存器。在x86-32上做决定会更加困难，因为您将失去一个宝贵的寄存器作为空寄存器。 - Cody Gray

有趣的事实：英特尔CPU无法使用RIP相对寻址模式和立即数微融合一条指令，因此mov dword [rel label], 0解码为2个uop指令。因此，在x86-64上的静态数据中，如果您正在针对英特尔CPU进行调整，则首先使用xor将寄存器清零是纯粹的优势。 - Peter Cordes

Answer 2

如果您希望数据不在缓存中，并且不指望很快再次访问，MASKMOVDQU 可能是最快的方式。这使您可以写入一个或多个字节，而不影响周围的字节，并且无需等待请求所有权请求将关联的高速缓存行带入内存。

本质上，写操作直接发送到内存，而不是相反。由于 CPU 以高速缓存线大小的块与内存交互，因此在底层发生的事情是，包含写操作的高速缓存线被发送下来，同时还有一个掩码表示实际更新的字节。然后在存储控制器、L3高速缓存或存储器本身中，要写入的字节与应保留的字节合并。

原始答案：最初的回答

- BeeOnRope