汇编语言浮点数异常与常用指令集
- 无效操作(#I)
- 除零(#Z)
- 非规格化操作数(#D)
- 数字上溢(#O)
- 数字下溢(#U)
- 模糊精度(#P)
前三个(#I、#Z 和 #D)在全部运算操作发生前进行检测,后三个(#O、#U 和 #P)则在操作发生后检测。
每种异常都有对应的标志位和屏蔽位。当检测到浮点异常时,处理器将与之匹配的标志位置 1。每个被处理器标记的异常都有两种可能的操作:
- 如果相应的屏蔽位置 1,那么处理器自动处理异常并继续执行程序。
- 如果相应的屏蔽位清 0,那么处理器将调用软件异常处理程序。
大多数程序普遍都可以接受处理器的屏蔽(自动)响应。如果应用程序需要特殊响应,那么可以使用自定义异常处理程序。一条指令能触发多个异常,因此处理器要持续保存自上一次异常清零后所发生的全部异常。完成一系列计算后,可以检测是否发生了异常。
浮点数指令集
FPU 指令集有些复杂,因此这里只对其功能进行概述,并用具体例子给出编译器通常会生成的代码。此外,大家还将看到如何通过改变舍入模式来控制 FPU。指令集包括如下基本指令类型:- 数据传送
- 基本算术运算
- 比较
- 超越函数
- 常数加载(仅对专门预定义的常数)
- x87 FPU 控制
- x87 FPU 和 SIMD 状态管理
浮点指令名用字母 F 开头,以区别于 CPU 指令。指令助记符的第二个字母(通常为 B 或 I)指明如何解释内存操作数:B 表示 BCD 操作数,I 表示二进制整数操作数。
如果这两个字母都没有使用,则内存操作数将被认为是实数。比如,FBLD 操作对象为 BCD 数值, FILD 操作对象为整数,而 FLD 操作对象为实数。
操作数
浮点指令可以包含零操作数、单操作数和双操作数。如果是双操作数,那么其中一个必然为浮点寄存器。指令中没有立即操作数,但是某些预定义常数(如 0.0,π 和 log210)可以加载到堆栈。通用寄存器 EAX、EBX、ECX 和 EDX 不能作为操作数。(唯一的例外是 FSTSW,它将 FPU 状态字保存在 AX 中。)不允许内存-内存操作。
整数操作数从内存(不是从 CPU 寄存器)加载到 FPU,并自动转换为浮点格式。同样,将浮点数保存到整数内存操作数时,该数值也会被自动截断或舍入为整数。
初始化(FINIT)
FINIT 指令对 FPU 进行初始化。将 FPU 控制字设置为 037Fh,即屏蔽(隐藏)了所有浮点异常;舍入模式设置为最近偶数,计算精度设置为 64 位。建议在程序开始时调用 FINIT, 这样就可以了解处理器的起始状态。浮点数据类型
现在快速回顾一下 MASM 支持的浮点数据类型(QWORD、TBYTE、REAL4、REAL8 和 REAL10),如下表所示。类型 | 用法 |
---|---|
QWORD | 64 位整数 |
TBYTE | 80 位(10 字节)整数 |
REAL4 | 32 位(4 字节)IEEE 短实数 |
REAL8 | 64 位(8 字节)IEEE 长实数 |
REAL10 | 80 位(10 字节)IEEE 扩展实数 |
在定义 FPU 指令 的内存操作数时,将会使用到这些类型。例如,加载一个浮点变量到 FPU 堆栈,这个变量可以定义为 REAL4,REAL8 或 REAL10:
.data
bigVal REAL10 1.212342342234234243E+864
.code
fld bigVal ;加载变量到堆栈
加载浮点数值(FLD)
FLD(加载浮点数值)指令将浮点操作数复制到 FPU 堆栈栈顶(称为 ST(0))。操作数可以是 32 位、64 位、80 位的内存操作数(REAL4、REAL8、REAL10)或另一个 FPU 寄存器:
FLD m32fp
FLD m64fp
FLD m80fp
FLD ST(i)
.data
array REAL8 10 DUP (?)
.code
fid array ;直接寻址
fid [array+16 ] ;直接偏移
fid REAL8 PTR[esi] ;间接寻址
fid array[esi] ;变址寻址
fid array[esi*8] ;带比例因子的变址
fid array[esi*TYPE array] ;带比例因子的变址
fid REAL8 PTR[ebx+esi] ;基址-变址
fid array[ebx+esi] ;基址-变址-偏移量
fid array[ebx+esi*TYPE array] ;带比例因子的基址-变址-偏移量
【示例】下面的例子加载两个直接操作数到 FPU 堆栈:
.data
dblOne REAL8 234.56
dblTwo REAL8 10.1
.code
fid dblOne ; ST(0) = dblOne
fid dblTwo ; ST(0) = dblTwo, ST(1) = dblOne
执行第二条 FLD 时,TOP 减 1,这使得之前标记为 ST(0) 的堆栈元素变为了 ST(1)。
FILD
FILD(加载整数)指令将 16 位、32 位或 64 位有符号整数源操作数转换为双精度浮点数,并加载到 ST(0)。源操作数符号保留。FILD 支持的内存操作数类型与 MOV 指令一致(间接、变址、基址-变址等)。加载常数
下面的指令将特定常数加载到堆栈。这些指令没有操作数:- FLD1 指令将 1.0 压入寄存器堆栈。
- FLDL2T 指令将 log210 压入寄存器堆栈。
- FLDL2E 指令将 log2e 压入寄存器堆栈。
- FLDPI 指令将 π 压入寄存器堆栈。
- FLDLG2 指令将 log102 压入寄存器堆栈。
- FLDLN2 指令将 loge2压入寄存器堆栈。
- FLDZ(加载零)指令将 0.0 压入 FPU 堆栈。
保存浮点数值(FST, FSTP)
FST(保存浮点数值)指令将浮点操作数从 FPU 栈顶复制到内存。FST 支持的内存操作数类型与 FLD 一致。操作数可以为 32 位、64 位、80 位内存操作数(REAL4、REAL8、 REAL10)或另一个 FPU 寄存器:
FST m32fp FST m80fp
FST m64fp FST ST(i)
fst dblThree ; 10.1
fst dblFour ; 10.1
FSTP
FSTP(保存浮点值并将其出栈)指令将 ST(0) 的值复制到内存并将 ST(0) 弹出堆栈。假设执行下述指令前 ST(0) 等于 10.1,ST(1) 等于 234.56:
fstp dblThree ; 10.1
fstp dblFour ; 234.56
FIST(保存整数)指令将 ST(0) 的值转换为有符号整数,并把结果保存到目标操作数。保存的值可以为字或双字。FIST 支持的内存操作数类型与 FST 一致。
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