组件: REP MOVS机制

Question

看看下面的汇编代码：

MOV ESI, DWORD PTR [EBP + C]
MOV ECX, EDI
MOV EAX, EAX
SHR ECX, 2
LEA EDI, DWORD PTR[EBX + 18]
REP MOVS DWORD PTR ES:[EDI], DWORD PTR [ESI]
MOV ECX, EAX
AND ECX, 3
REP MOVS BYTE PTR ES:[EDI], BYTE PTR[ESI]

我得到代码摘录的那本书将第一个REP MOVS解释为复制超过4个字节的块，第二个REP MOVS复制剩余的2个字节的块(如果存在)。

REP MOVS指令是如何工作的？根据MSDN的说法，“指令的前缀可以是REP，以将操作重复ecx寄存器指定的次数。”这不就是一遍又一遍地重复相同的操作吗？

Answer 1

有关特定指令的问题，请始终参考指令集参考。

在这种情况下，您需要查找rep和movs。简而言之，rep重复以下字符串操作ecx次。movs将数据从ds:esi复制到es:edi ，并根据方向标志的设置递增或递减指针。因此，重复它会将一定范围的内存移动到其他地方。

PS:通常操作大小被编码为指令后缀，所以人们使用movsb和movsd来表示byte或dword操作。但是，一些汇编程序允许通过byte ptr或dword ptr指定示例中的大小。此外，操作数在指令中是隐式的，您不能修改它们。

Answer 2

关于语法的简短解释

在汇编代码级别，允许两种形式的指令：“显式操作数”形式和“无操作数”形式。显式操作数形式允许使用符号显式指定存储器的源地址和目标地址。提供此显式操作数表单是为了提供文档；但是，请注意，此表单提供的文档可能具有误导性。也就是说，符号不必指定正确的源地址和目标地址。源地址始终由DS:(RSI/ESI/SI)指定，目标地址始终由ES:(RDI/EDI/DI)寄存器指定，这些寄存器必须在执行movsb指令之前正确加载。这就是我对英特尔在这个问题上的官方立场的理解。

关于语法的长篇解释

REP MOVS DWORD PTR ES:[EDI], DWORD PTR [ESI]是REP MOVSD的同义词；以及

REP MOVS BYTE PTR ES:[EDI], BYTE PTR [ESI]是REP MOVSB的同义词。

根据数据大小，有以下MOVS命令：

• MOVSB (字节，8位)
• MOVSW(字，16位)
• MOVSD(双字，32-bit)
• MOVSQ (qword，64位)-仅在64位模式

中提供

MOVS命令将数据从DS:(SI/ESI/RSI)复制到ES:(DI/EDI/RDI) - SI/DI寄存器的大小取决于您当前的模式-16位、32位或64位。它还增加(减少) SI和DI寄存器(根据D标志，设置CLD以增加寄存器)。

MOVS命令不能使用SI/DI以外的其他寄存器，因此没有必要指定它们。

如果MOVS命令的前缀是REP，则重复复制CX(ECX/RCX)字节数，减少CX，因此在结束时CX变为零。

关于相对性能的解释

自从1993年第一台奔腾CPU问世以来，英特尔就开始让简单的命令执行得更快，让复杂的命令(如REP MOVS)执行得更慢。因此，REP MOVS变得非常慢，没有理由在基于P5微体系结构的奔腾CPU中使用它(1993-1997)。

与P5微体系结构并行，英特尔开发了P6微体系结构，它决定重新访问REP MOVS，并自1996年起实现了使REP MOVS再次快速的“快速字符串”功能。

2013年，英特尔决定再次访问REP MOVS，并实现了CPUID ERMSB (增强的REP MOVSB)位，该位应该表示CPU以快速高效的方式实现了字节大小的移动和存储指令(movsb，stosb)。在实践中，它仅适用于256字节或更大的大块，并且仅当满足某些条件时才是快速的：

源地址和目标地址都必须与16字节的边界对齐(对于常春藤桥处理器，建议使用此边界大小，在较新的情况下，边界可能更大，最多64字节的Cannonlake);

• the源区域不应与目标区域重叠；

• 长度必须是64字节的倍数才能产生更高的方向必须向前(CLD)。

请参阅英特尔优化手册3.7.6增强型REP MOVSB和STOSB操作(ERMSB) http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/manuals/64-ia-32-architectures-optimization-manual.pdf一节

REP MOVS指令在小块上非常慢，因为启动成本大约是35个周期。如果您在循环中执行简单的MOV EAX (或类似的操作)，则没有启动成本，并且您可以在这35个周期中复制大量数据。

请注意，ERMSB为REP MOVSB产生最佳结果，而不是REP MOVSD (MOVSQ)。所有的REP MOVS指令都变得更快了，但REP MOVSB是ERMSB中最快的。这与旧处理器(2013年之前)形成对比，在旧处理器中，可用的最大MOVS大小(64位上的MOVSQ，32位上的MOVSD )可产生最快的结果。

因此，您所显示的代码对于具有ERMSB的处理器来说并不是最优的，因为只有MOVSB是快速的，而不是MOVSD，尽管差别不是那么大，而且单个REP MOVSB应该足够了-它只会产生一次启动成本，而不是第一个REP MOVSD和第二个REP MOVSB的启动成本。

但是，对于没有ERMBS的处理器，您的代码是可以的，除了1993年发布的基于P5的奔腾处理器，在该处理器中，简单的MOV复制(或在循环中使用更大的x87寄存器)会更快。您给出的代码在非常老的处理器上也会有最好的结果，比如1985年发布的80386。