addi 和 subi 之间的“关系”是什么？

Question

我应该回答这个问题。经过一些研究，它说 add 和 sub 具有相同的操作码，并且仅在功能领域有所不同。这是答案还是别的什么？

更新

可在 Nios II CPU 手册中找到：

subi
subtract immediate
Operation: rB ← rA – σ (IMMED)
Assembler Syntax: subi rB, rA, IMMED
Example: subi r8, r8, 4
Description: Sign-extends the immediate value IMMED to 32 bits, subtracts it from the value of rA and then
            stores the result in rB.
Usage: The maximum allowed value of IMMED is 32768. The minimum allowed value is
–32767.
Pseudo-instruction:
© March 2009
subi is implemented as addi rB, rA, -IMMED

Answer 1

在 ISA 设计的硬件/机器代码级别，MIPS 没有subi / subiu 指令。 这是有道理的，因为 MIPS 没有 FLAGS 寄存器。

没有进位标志可以记录加负数或减正数之间的差异，就像在许多其他架构（x86、ARM 和许多其他较少 RISCy 架构）上一样。因此花费额外的操作码（以及解码它的晶体管）是没有意义的。

添加否定立即数不会改变addi / subi 的签名溢出检测。当您将两个具有相同符号的数字相加并且结果具有相反的符号时，您会得到有符号溢出。或者当减去z = x - y时，如果x和y有相反的符号，而z和x有相反的符号，那就是减法溢出（你想让subi陷入其中。）y是立即的，所以实现它作为z = x + y_negated 使addi 的溢出检测工作。

当然，通常您（或 C 编译器）只会使用 addiu / subiu，因为您不想陷入陷阱，宁愿将回绕作为有符号溢出行为，除非您使用-fsanitize=undefined-behavior 什么的。

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在 asm 源代码级别，为方便起见，它可以实现为伪指令，正如您在 NIOS II 手册中的引用所示。 （或者甚至作为一个宏，在不支持伪指令的汇编器上。）

硬件subi / subiu 保存指令的唯一时间是您想要添加32768 / 减去-32678。 （注意 NIOS II 手册指出 subi 支持 -32767 .. 32768 范围内的立即数，与正常的有符号 16 位 2 的补码 -32768 .. 32767 相反）

2 的补码中的最负数是异常的，它的负数需要额外的位才能正确表示。即 -(0x8000) 在 16 位立即数中溢出到 0x8000。任何将subi 实现为伪指令的体面的汇编程序都应该对此发出警告，或者警告在addi / addiu 使用带符号的16 位范围之外的立即数。

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addiu 将其立即数符号扩展为 32 位，与 addi 相同。 “未签名”是用词不当。 Why would we use addiu instead of addi?。对于 2 的补码机器，有符号和无符号加法是相同的二进制运算。命名类型匹配 C 有符号溢出是未定义的行为，但请注意，未定义不需要错误。将addi 视为经过溢出检查的签名加法，并且仅在您特别需要时使用它。

有趣的事实：ori 和其他布尔值对它们的立即数进行零扩展，因此 li $t0, val 可以使用 addiu $t0, $zero, signed_int16 或 ori $t0, $zero, uint16 扩展为仅针对 val = -32768 .. 65535 的一条指令。

Answer 2

同意以上观点。说明一些环境。提出我在这件事上看到的小真理。发展我自己的（阴谋）理论。

关键字在倒数第二行（第三行，包括版权）中-它是伪指令。这一直是一个常见的课堂问题，所以值得说清楚。一些仿真器（看着你的火星）将其视为真正的指令，而其他仿真器（qtspim - 耻辱！）甚至不会费心编译它。

虽然我从来没有找到一个很好的例子，但据说将一个转换为另一个太简单了，所以它是多余的。他们试图遵循“简单的设计原则”。对我来说，这有点崩溃，因为已经有很多伪指令代表对其他命令的简单修改。分支伪指令分解为 2 个命令，这将需要 2 个甚至 3 个命令。所以，这一款也不例外。那么像“li”这样的东西呢？我的意思是，来吧，那只是补充。没有其他的。如果他们加上这一点，那就没有任何借口了。老实说，为了简单和对称，我认为添加它会更容易。但是，每个人最喜欢的 MIPS 考试问题会发生什么？

这就是没有 SUBI 的真正原因。让陈旧的 ASM 程序员与本科生搞混。

Answer 3

我不知道 MIPS 甚至 有正确的 subi 指令（尽管某些环境可能会为它实现宏）。

由于您要减去 立即数 值，您只需将它的否定提供给 addi 指令：

addi $r1, $r2, -42     ; equivalent to subi $r1, $r2, 42

立即操作数是一个二进制补码值，这意味着它完全可以是一个负数，而二进制补码的工作方式意味着您可以以 unsigned 方式添加一个负数并且给出与减法相同的结果（因为你环绕）。

例如，16 位二进制补码中的-42 是无符号值65494。当您在 65536 处添加 50 和 65494 时，您最终会得到：

     50
+ 65494 (ie, -42)
  -----
  65544 (overflow, so
- 65536  we wrap at 64K)
  -----
      8 (identical to "50 - 42")