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Question

我正在为我自己的汇编语言编写一个虚拟机，当我执行诸如加法之类的操作时，我希望能够设置在x86-64架构中设置的进位、奇偶、零、符号和溢出标志。

备注：

• 我正在使用微软的VisualC++ 2015 &英特尔的C++编译器16.0
• 我正在编译为一个Win64应用程序。
• 我的虚拟机(目前)只对8位整数进行算术。
• 我(目前)对任何其他旗帜(如AF)不感兴趣。

我目前的解决方案是使用以下函数：

void update_flags(uint16_t input)
{
    Registers::flags.carry = (input > UINT8_MAX);
    Registers::flags.zero = (input == 0);
    Registers::flags.sign = (input < 0);
    Registers::flags.overflow = (int16_t(input) > INT8_MAX || int16_t(input) < INT8_MIN);

    // I am assuming that overflow is handled by trunctation
    uint8_t input8 = uint8_t(input);
    // The parity flag
    int ones = 0;
    for (int i = 0; i < 8; ++i)
        if (input8 & (1 << i) != 0) ++ones;

    Registers::flags.parity = (ones % 2 == 0);
}

此外，我还将如下所述：

uint8_t a, b;
update_flags(uint16_t(a) + uint16_t(b));
uint8_t c = a + b;

编辑:为了澄清，我想知道是否有一种更有效、更整洁的方法(比如直接访问RFLAGS )，我的代码也可能不适用于其他操作(例如乘法)。

编辑2我现在已经更新了我的代码如下：

void update_flags(uint32_t result)
{
    Registers::flags.carry = (result > UINT8_MAX);
    Registers::flags.zero = (result == 0);
    Registers::flags.sign = (int32_t(result) < 0);
    Registers::flags.overflow = (int32_t(result) > INT8_MAX || int32_t(result) < INT8_MIN);
    Registers::flags.parity = (_mm_popcnt_u32(uint8_t(result)) % 2 == 0);
}

还有一个问题，我的进位标志代码能正常工作吗?我还想要正确地为减法过程中发生的“借”设置代码。

注意:我正在虚拟化的汇编语言是我自己的设计，它的设计很简单，基于英特尔的x86-64实现(即Intel64)，所以我希望这些标志的行为方式大致相同。

Answer 1

我似乎已经解决了这个问题，将参数拆分为更新标志为未签名和签名的结果如下：

void update_flags(int16_t unsigned_result, int16_t signed_result)
{
    Registers::flags.zero = unsigned_result == 0;
    Registers::flags.sign = signed_result < 0;
    Registers::flags.carry = unsigned_result < 0 || unsigned_result > UINT8_MAX;
    Registers::flags.overflow = signed_result < INT8_MIN || signed_result > INT8_MAX
}

此外(这将为已签名和无符号的输入产生正确的结果)，我将执行以下操作：

int8_t a, b;
int16_t signed_result = int16_t(a) + int16_t(b);
int16_t unsigned_result = int16_t(uint8_t(a)) + int16_t(uint8_t(b));
update_flags(unsigned_result, signed_result);
int8_t c = a + b;

我要做以下几件事：

int8_t a, b;
int16_t result = int16_t(a) * int16_t(b);
update_flags(result, result);
int8_t c = a * b;

等等，用于更新标志的其他操作。

注:我在这里假设int16_t(a)符号扩展，int16_t(uint8_t(a))零扩展。

我也决定不使用奇偶校验标志，如果我以后改变主意，我的_mm_popcnt_u32解决方案应该能工作。

谢谢大家的回复，这很有帮助。另外，如果有人能发现我的代码中的任何错误，那将是非常感谢的。

Answer 2

TL：博士:使用惰性标志评估，见下文。

input是个奇怪的名字。大多数ISAs根据操作的结果更新标志，而不是根据输入。您将看到8位操作的16位结果，这是一种有趣的方法。在C中，您应该只使用unsigned int，这至少保证是uint16_t。它将在x86上编译成更好的代码，其中unsigned是32位。16位操作需要额外的前缀，并可能导致部分寄存器减速。

这可能有助于解决您注意到的8bx8b->16b mul问题，这取决于您想要如何定义要仿真的体系结构中的mul指令的标志更新。

我不认为你的溢出检测是正确的。有关如何实现，请参阅从本教程标记wiki链接而来的x86。

这可能不会编译到非常快的代码，特别是奇偶校验标志。您是否需要您正在模拟/设计的ISA有一个奇偶标记？你从没说过你在模仿x86，所以我想这是你自己设计的玩具架构。

有效的仿真器(尤指)一个需要支持奇偶校验标志的人)可能会从某种惰性标志评估中获益良多。保存一个可以根据需要计算标志的值，但在到达读取标志的指令之前，不要实际计算任何内容。大多数指令只写标志而不读取标志，它们只将uint16_t结果保存到您的体系结构状态。读取标志的指令既可以从保存的uint16_t中计算所需的标志，也可以计算所有的标记并以某种方式存储。

假设无法让编译器从结果中实际读取PF，则可以尝试_mm_popcnt_u32((uint8_t)x) & 1。或者，水平XOR将所有比特放在一起：

x  = (x&0b00001111) ^ (x>>4)
x  = (x&0b00000011) ^ (x>>2)
PF = (x&0b00000001) ^ (x>>1)   // tweaking this to produce better asm is probably possible

我怀疑任何一个主要的编译器都不能窥视LAHF + SETO al或PUSHF中对结果的一串检查。编译器可以导入到使用标志条件检测整数溢出以实现饱和加法，例如中。但是，让它知道您需要所有的标志，并实际使用LAHF而不是一系列的setcc指令，这可能是不可能的。编译器在何时可以使用LAHF时需要一个模式识别器，而且可能没有人实现这一点，因为用例非常罕见。

没有C/C++方法可以直接访问操作的标记结果，这使得C对于实现这样的操作来说是一个糟糕的选择。如果除asm之外，任何其他语言都有标志结果，则为IDK。

我希望您可以通过在asm中编写部分仿真来获得很大的性能，但这将是特定于平台的。更重要的是，这是更多的工作。