assembly - 零/符号扩展是无操作的，为什么每种尺寸类型的说明？

Question

对于 x86 和 x64 编译器生成类似的零/符号扩展 MOVSX 和 MOVZX。扩展本身不是免费的，但允许处理器执行无序的魔法加速。

但在 RISC-V 上：

因此，无符号和有符号 32 位整数之间的转换是无操作的，从有符号 32 位整数到有符号 64 位整数的转换也是如此。

加法和移位需要一些新指令 (ADD[I]W/SUBW/SxxW) 以确保 32 位值的合理性能。

(C) RISC-V 规范

但同时，新的现代 RISC-V 64 位处理器包含 32 位有符号整数的指令。为什么？提高性能？那么 8 位和 16 位在哪里呢？我已经什么都不懂了。

标签： assemblyriscvsign-extensionzero-extension

Answer 1

完整的报价对我来说似乎很清楚：

编译器和调用约定保持不变，即所有 32 位值都以符号扩展格式保存在 64 位寄存器中。甚至 32 位无符号整数也将第 31 位扩展到第 63 到 32 位。

因此，无符号和有符号 32 位整数之间的转换是无操作的，从有符号 32 位整数到有符号 64 位整数的转换也是如此。
现有的 64 位宽 SLTU 和无符号分支比较仍然在此不变量下对无符号 32 位整数正确运行。
同样，对 32 位符号扩展整数的现有 64 位宽逻辑运算保留符号扩展属性。

加法和移位需要一些新指令 (ADD[I]W/SUBW/SxxW) 以确保 32 位值的合理性能。

它表示 32 位值存储在 64 位寄存器中，其 MSb（最高有效位）通过位 32-63 重复。
这对有符号和无符号整数都是如此。

这允许进行一些优化，如报价中所述：

• 无符号 <-> 有符号转换是免费的。
  将此与通常的算法进行比较，您必须将低 32 位值归零或符号扩展以将其提升为不同“符号”的 64 位值（忽略溢出）。
• 带符号的 32 位 <-> 带符号的 64 位是免费的。
  这省去了一个符号扩展。
• 分支和设置指令仍然有效。
  这是因为重复 MSb 不会改变比较结果。
• 逻辑 64 位操作保留了这个属性
  通过几个例子很容易看出这一点。

然而，加法（仅举一个例子）并没有保留这个不变量： 0x000000007fffffff + 0x0000000000000001 = 0x0000000080000000 这违反了假设。

由于 a) 使用 32 位值经常发生并且 b) 修复结果需要额外的工作（我可以考虑使用slli/srai对），因此引入了一种新的指令格式。
这些指令对 64 位寄存器进行操作，但只使用它们的低 32 位值，并对 32 位结果进行符号扩展。
这很容易在硬件中完成，因此值得拥有这种新的指令。

正如评论中所指出的，8 位和 16 位算术很少见，因此没有花费任何工程精力为其寻找新空间（无论是在所需的门方面还是在使用的操作码空间方面）。