我们可以将内容从较小的寄存器移动到较大的寄存器吗

Question

例如，我们可以这样做：

movl %eax,%rdx    // l means 32 bits while rdx is 64 biregister

所以如果我们将%eax 的32 位内容移动到%rdx，那么只有%rdx 的低32 位会被更新？

Answer 1

没有直接的方法只写入 64 位 GPR 的低 32 位，但可以通过清除低 32 位并将值按位或运算来模拟：

shr rdx, 32
shl rdx, 32
or rdx, rax  ; assumes top 32 bits of rax are zero

或者使用双精度移位和旋转：

shrd rdx, rax, 32
ror rdx, 32

不幸的是，在大多数处理器上，这比第一个版本具有更高的延迟（可能 Core2 及其直接祖先除外），因为 （这种形式的）双精度移位通常需要 3 个周期。对于典型的 Intel 处理器，它在某些情况下具有潜在的优势，因为它总体上需要更少的 µops，但在 AMD Zen 和 Intel Atom 上，shrd 需要少量的 µops。所以一般来说第一个版本应该是首选，但在特定情况下可能有理由使用第二个版本。

两个重叠的存储和一个加载也是可能的（这很慢，例如，由于存储转发失败，Haswell 上的 16 个周期，即使没有遇到如此糟糕的微架构边缘情况，它也不会超过仅寄存器解决方案）：

mov [rsp], rdx
mov [rsp], eax
mov rdx, [rsp]

Answer 2

movl %eax,%rdx（相当于mov %eax,%rdx）不是有效指令。 MOV 的有效组合可以在Instruction Set Architecture reference 中找到。

有一些指令可以从较小的寄存器移动到较大的寄存器。您可以使用MOVZX 进行零扩展（高位设置为0），或MOVSX 符号扩展，其中源寄存器的最高位被复制到目标寄存器的所有高位中。在 64 位长模式下，如果任何指令（包括 MOV）的目标是 32 位寄存器，则处理器会自动将相应 64 位寄存器的高 32 位设置为 0。

这些示例代表了从较小寄存器到较大寄存器的有效移动：

movzx %al, %dx     # move 8-bit register to 16-bit register. Upper 8 bits of DX set to 0
movzx %al, %edx    # move 8-bit register to 32-bit register. Upper 24 bits of EDX set to 0
                   #     Upper 32 bits of RDX also set to zero because EDX is 32-bit dest
movzx %al, %rdx    # move 8-bit register to 64-bit register. Upper 56 bits of RDX set to 0

movzx %ax, %edx    # move 16-bit register to 32-bit register.Upper 16 bits of EDX set to 0
                   #     Upper 32 bits of RDX also set to zero because EDX is 32-bit dest

#movzx %eax, %rdx  # This instruction doesn't exist. Use mov %eax, %edx

movsx %al, %dx     # Sign extend 8-bit register to 16-bit register
movsx %al, %edx    # Sign extend 8-bit register to 32-bit register
                   #     Upper 32 bits of RDX set to ZERO because EDX is 32-bit dest
movsx %al, %rdx    # Sign extend 8-bit register to 64-bit register

movsx %ax, %edx    # Sign extend 16-bit register to 32-bit register
                   #     Upper 32 bits of RDX set to ZERO because EDX is 32-bit dest
movsx %ax, %rdx    # Sign extend 16-bit register to 64-bit register

movsx %eax, %rdx   # Sign extend 32-bit register to 64-bit register