使用单个 aarch64 指令获取余数？

Question

我正在为 ARM8 (aarch64) 编写一些汇编代码。我想做一个除法并使用获得的余数进行进一步计算。在 x86 中，当我使用 'div'，我知道我的剩余部分保存在 RDX 中。我的问题是 - 在 aarch64 指令集中是否有等价物？我知道'udiv'和'sdiv'做无符号和有符号的除法，让我得到商。有没有一条指令可以给我余数？ （我想要 c 中的 % 模运算符）。我知道我可以使用代数获得它，只是想确认我没有错过更简单的方法。

Answer 1

除了可以优化到and 的恒定二次除数之外，没有指令可以计算除法的余数。但是，您可以非常巧妙地分两步完成：

// input: x0=dividend, x1=divisor
udiv x2, x0, x1
msub x3, x2, x1, x0
// result: x2=quotient, x3=remainder

Answer 2

计算余数不是一条指令

Clang C 编译器为模计算生成了以下代码：

udiv    x10, x0, x9
msub    x10, x10, x9, x0

好消息，这并不慢！

虽然 x86 在一条指令中执行此操作，但这并不能使其更快。

在 Apple M-1 上，上述指令对的执行时间与单个步骤大致相同。这可能是由于instruction macro-fusion 将多条指令解码为单个 µ-op。这也可能是由于多个execution units 的并行性。可能在一个 EU 中完成，除法计算的余数被缓存并立即返回。

无论实现什么，它似乎都和英特尔的单指令形式一样快。

仅限分区

时间：

$ time ./a.out 12345678901
Total: 301123495054
real    0m10.036s
user    0m9.668s
sys 0m0.031s

指令生成：

udiv    x10, x0, x9

仅剩余

时间：

$ time ./a.out 12345678901
Total: 8612082846779832640
real    0m10.190s
user    0m9.768s
sys 0m0.070s

生成的指令：

udiv    x10, x0, x9
msub    x10, x10, x9, x0

除法和余数

时间：

$ time ./a.out 12345678901
Total: 8612083123211969892
real    0m10.103s
user    0m9.752s
sys 0m0.019s

生成的指令：

udiv    x10, x0, x9
msub    x11, x10, x9, x0

基准代码

以下 C 代码可以在 q = n / d 或 r = n % d 注释掉的情况下运行：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    unsigned long long n, d, q=1, r=1, total=0;

    n = strtoull(argv[1], NULL, 10);
    total = 0;
    for (d=1 ; d<=n ; d++) {
        q = n / d;
        r = n % d;
        total += q + r;
    }
    printf("Total: %llu", total);
    return 0;
}