汇编代码为 return 数组中的最小整数，而不是随机 returns 最后一个或倒数第二个数字
Assembly code to return smallest integer in array instead randomly returns either last or second to last number
我正在尝试在 nasm 中创建一个函数，给定一个整数数组和数组的长度，returns 是最小的整数。这是基于 CodeWars 问题 "Find the smallest integer in the array"。我在 64 位 BlackArch Linux 上执行此操作。我的函数如下所示：
SECTION .text
global find_smallest_int
find_smallest_int:
; [rdi] is the first value in the array.
; We'll store the smallest value so far found
; in rax. The first value in the array is the
; smallest so far found, therefore we store it
; in rax.
mov rax, [rdi]
; rsi is the second argument to int find_smallest_int(int *, int)
; which represents the length of the array.
; Store it in rbx to be explicit.
mov rbx, rsi
loop:
; Check to see if we've reached the end of the array.
; If we have, we jump to the end of the function and
; return the smallest value (which should be whatever
; is in rax at the moment.
cmp rbx, 0
je end
; Subtract one from our counter. This started as
; the number of elements in the array - when it
; gets to 0, we'll have looped through the entire thing.
sub rbx, 1
; If rax is smaller than [rdi], we'll jump down to the
; rest of the loop. Only if rax is bigger than [rdi] will
; we reassign rax to be the new smallest-yet vaue.
cmp rax, [rdi]
jl postassign
assign:
; If we execute this code, it means rax was not less
; than [rdi]. Therefore, we can safely reassign
; rax to [rdi].
mov rax, [rdi]
postassign:
; Set rdi to point to the next value in the array
add rdi, 4
; if we get here, then we aren't finishing looping yet
; because rbx (the counter) hasn't eached 0 yet.
jmp loop
end:
ret
然后我通过以下 C 代码调用此函数：
extern int find_smallest_int(int *array, int size);
int main(void)
{
int nums[4] = {800, 300, 100, 11};
int ret = find_smallest_int(nums, 4);
return ret;
}
最后，我使用以下命令编译并 运行 整个过程：
#!/bin/bash
# Make an object file from my assembly code with nasm
nasm -f elf64 -o sum.o call_sum.s
# make an object file from my C code
gcc -O0 -m64 -c -o call_sum.o call_sum.c -g
# compile my two object files into an executable
gcc -O0 -m64 -o run sum.o call_sum.o -g
# Run the executable and get the output in the
# form of the exit code.
./run
echo $?
我没有得到最小的整数，而是得到了 100 或 11（分别是我传递给汇编函数的整数数组的倒数第二个和最后一个成员）。我得到的结果似乎是完全随机的。我可以 运行 程序几次并获得 11，然后 运行 再执行几次然后开始获得 100。
如果有人能帮助我理解这种奇怪的行为，我将不胜感激。谢谢！
更新： 我实现了 Jester 评论中的更改（使用 32 位寄存器来保存整数）并且它有效，但我不太明白为什么。
本回答的开头是基于杰斯特的评论。它只是对此进行了扩展，并更详细地解释了这些变化。我也做了一些额外的更改，其中两个还解决了您的来源中的错误。
首先这部分：
An int is 4 bytes but you use 8 all over your code. Use eax instead of rax.
您示例中的这些指令分别从数组中访问 8 个字节：
mov rax, [rdi]
cmp rax, [rdi]
mov rax, [rdi]
这是因为 rax 是一个 64 位寄存器，所以执行完整的 rax 加载或与内存操作数比较会访问 8 字节的内存。在 NASM 语法中，您可以明确指定内存操作数的大小，例如通过编写以下内容：
mov rax, qword [rdi]
如果您这样做了，您可能会更早地发现您正在以 8 字节为单位（四字）访问内存。在使用 rax 作为目标寄存器时尝试显式访问双字将失败。以下行在汇编时导致错误 "mismatch in operand sizes"：
mov rax, dword [rdi]
下面两行没问题，都从双字内存操作数加载到 rax。第一个使用零扩展（在写入 32 位寄存器部分时隐含在 AMD64 指令集中），第二个使用（显式）符号扩展：
mov eax, dword [rdi]
movsx rax, dword [rdi]
（从双字内存操作数到 rax 的 movzx 指令不存在，因为它与 mov 到 eax 是多余的。）
稍后在您的示例中，您使用 rdi 作为 4 字节宽类型的地址，通过向其添加 4 来推进数组条目指针：
add rdi, 4
这对于 int 类型是正确的，但与您使用四字作为内存操作数的大小冲突。
杰斯特的评论又给出了两个问题：
Also do not use rbx because that is a callee-saved register and it's pointless to copy from rsi anyway. As before, you'd better use esi because that's another int.
rsi 问题是 64 位 rsi 的高 32 位可能包含非零值，具体取决于 ABI。如果您不确定是否允许非零值，您应该假设它是并且您应该仅在 esi 中使用 32 位值。
rbx（或ebx）问题是 rbx 需要在 Linux 使用的 AMD64 psABI 的函数调用中保留，参见 Where is the x86-64 System V ABI documented? 获取该 ABI 的文档。在您的简单测试程序中，更改 rbx 可能不会导致任何失败，但在非平凡的上下文中很容易导致失败。
我发现的下一个问题是 eax 的初始化。你是这样写的：
; [rdi] is the first value in the array.
; We'll store the smallest value so far found
; in rax. The first value in the array is the
; smallest so far found, therefore we store it
; in rax.
mov rax, [rdi]
但是，正如您的循环流控制逻辑所证明的那样，您允许调用者为大小参数传递一个零。在那种情况下，您根本不应该访问该数组，因为 "the first value in the array" 甚至可能不存在或根本没有被初始化为任何东西。从逻辑上讲，您应该使用 INT_MAX 而不是第一个数组条目来初始化最小的值。
还有一个问题：您正在使用 rsi 或 esi 作为无符号数，倒数到零。但是，在您的函数声明中，您将 size 参数的类型指定为 int，它是有符号的。我通过将声明更改为 unsigned int.
来解决这个问题
我对您的程序做了一些可选的更改。我为函数的 "sub" 标签使用了 NASM 局部标签，这很有用，因为您可以在相同的其他函数中重复使用例如 .loop 或 .end源文件，如果有任何要添加的。
我还更正了其中一条评论，指出我们在 eax 小于数组条目时跳转，而不在 eax 大于 或等于 时跳转到数组入口。您可以将此条件跳转更改为 jle 而不是它也会跳转进行相等比较。可以说，为了清晰度或性能，可能更喜欢其中一个，但我没有太多答案。
我还使用了 dec esi 而不是 sub esi, 1，这并没有好多少，但更适合我。在 32 位模式下，dec esi 是一条单字节指令。但在 64 位模式下并非如此； dec esi 是 2 个字节，而 sub esi, 1 是 3 个字节。
另外，我把初始检查esi为零的方法从cmp改为test，稍微好一点，参考
最后，我将实际的循环条件更改为在循环体的末尾，这意味着循环使用了一个跳转指令。无条件跳转到循环体的开始被替换为检查 while 条件的条件跳转。函数开头的 test 仍然需要处理零长度数组的可能性。此外，我没有再次使用 cmp 或 test 来检查 esi 中的零，而是使用已经由 dec 指令设置的零标志来检查是否 esi 被递减为零。
您可以使用 ecx 或 rcx 作为循环计数器，但这在现代 CPU 上可能不会有多大好处。如果您使用 jrcxz、jecxz 或 loop 指令，将允许稍微更紧凑的代码。但不推荐使用它们，因为性能较慢。
不是与 dword [rdi] 进行比较，如果小于或等于 eax，则从同一内存双字加载，您可以先将数组条目的值加载到寄存器中，然后然后将其用作 cmp 和 mov 的来源。这可能会更快，但它确实会导致更多的操作码字节。
我用来将目标索引（rdi 在 64 位模式下）推进 4 的一个技巧是使用单个 scasd 指令，它只修改标志和索引寄存器.这是一条单字节指令，而不是 4 字节 add rdi, 4，但很可能比 运行.
慢
我上传了一个 repo，其中包含您的原始来源和我对 https://hg.ulukai.org/ecm/testsmal/file/2b8637ca416a/ 的改进（在 CC BY-SA 使用条件下 Whosebug 内容。）我也修改了 C 部分和测试脚本，但是这些微不足道，而且与您的问题几乎无关。这是汇编源代码：
INT_MAX equ 7FFF_FFFFh
SECTION .text
global find_smallest_int
find_smallest_int:
; If the array is empty (size = 0) then we want to return
; without reading from the array at all. The value to return
; then logically should be the highest possible number for a
; 32-bit signed integer. This is called INT_MAX in the C
; header limits.h and for 32-bit int is equal to 7FFF_FFFFh.
;
; If the array is not empty, the first iteration will then
; always leave our result register equal to the value in
; the first array entry. This is either equal to INT_MAX
; again, or less than that.
mov eax, INT_MAX
; esi is the second argument to our function, which is
; declared as int find_smallest_int(int *, unsigned int).
; It represents the length of the array. We use this
; as a counter. rsi (and its part esi) need not be preserved
; across function calls for the AMD64 psABI that is used by
; Linux, see
; Check for an initial zero value in esi. If this is found,
; skip the loop without any iteration (while x do y) and
; return eax as initialised to INT_MAX at the start.
test esi, esi
jz .end
.loop:
; If eax is smaller than dword [rdi], we'll jump down to the
; rest of the loop. Only if eax is bigger than or equal to
; the dword [rdi] will we reassign eax to that, to hold the
; new smallest-yet value.
cmp eax, dword [rdi]
jl .postassign
.assign:
; If we execute this code, it means eax was not less
; than dword [rdi]. Therefore, we can safely reassign
; eax to dword [rdi].
mov eax, dword [rdi]
.postassign:
; Set rdi to point to the next value in the array.
add rdi, 4
; Subtract one from our counter. This started as
; the number of elements in the array - when it
; gets to 0, we'll have looped through the entire thing.
dec esi
; Check to see if we've reached the end of the array.
; To do this, we use the Zero Flag as set by the prior
; dec instruction. If esi has reached zero yet (ZR) then
; we do not continue looping. In that case, we return the
; smallest value found yet (which is in eax at the moment).
;
; Else, we jump to the start of the loop to begin the next
; iteration.
jnz .loop
.end:
retn
这是循环体内条件跳转的替代方法。 cmov 指令似乎被所有 AMD64 CPU 支持。这是一个有条件的移动：如果满足条件，它 运行 就像 mov ——否则它没有任何效果，有一个例外：它可能读取源操作数（因此可能会从内存访问）。您可以翻转 mov 周围用于分支的条件以获得 cmov 指令的条件。 （我遇到了 this thread involving Linus Torvalds，这表明条件跳转解决方案实际上可能比 cmov 更好或不差。随心所欲。）
.loop:
; If eax is greater than or equal to dword [rdi], we'll
; reassign eax to that dword, the new smallest-yet value.
cmp eax, dword [rdi]
cmovge eax, dword [rdi]
; Set rdi to point to the next value in the array.
add rdi, 4
我正在尝试在 nasm 中创建一个函数，给定一个整数数组和数组的长度，returns 是最小的整数。这是基于 CodeWars 问题 "Find the smallest integer in the array"。我在 64 位 BlackArch Linux 上执行此操作。我的函数如下所示：
SECTION .text
global find_smallest_int
find_smallest_int:
; [rdi] is the first value in the array.
; We'll store the smallest value so far found
; in rax. The first value in the array is the
; smallest so far found, therefore we store it
; in rax.
mov rax, [rdi]
; rsi is the second argument to int find_smallest_int(int *, int)
; which represents the length of the array.
; Store it in rbx to be explicit.
mov rbx, rsi
loop:
; Check to see if we've reached the end of the array.
; If we have, we jump to the end of the function and
; return the smallest value (which should be whatever
; is in rax at the moment.
cmp rbx, 0
je end
; Subtract one from our counter. This started as
; the number of elements in the array - when it
; gets to 0, we'll have looped through the entire thing.
sub rbx, 1
; If rax is smaller than [rdi], we'll jump down to the
; rest of the loop. Only if rax is bigger than [rdi] will
; we reassign rax to be the new smallest-yet vaue.
cmp rax, [rdi]
jl postassign
assign:
; If we execute this code, it means rax was not less
; than [rdi]. Therefore, we can safely reassign
; rax to [rdi].
mov rax, [rdi]
postassign:
; Set rdi to point to the next value in the array
add rdi, 4
; if we get here, then we aren't finishing looping yet
; because rbx (the counter) hasn't eached 0 yet.
jmp loop
end:
ret
然后我通过以下 C 代码调用此函数：
extern int find_smallest_int(int *array, int size);
int main(void)
{
int nums[4] = {800, 300, 100, 11};
int ret = find_smallest_int(nums, 4);
return ret;
}
最后，我使用以下命令编译并 运行 整个过程：
#!/bin/bash
# Make an object file from my assembly code with nasm
nasm -f elf64 -o sum.o call_sum.s
# make an object file from my C code
gcc -O0 -m64 -c -o call_sum.o call_sum.c -g
# compile my two object files into an executable
gcc -O0 -m64 -o run sum.o call_sum.o -g
# Run the executable and get the output in the
# form of the exit code.
./run
echo $?
我没有得到最小的整数，而是得到了 100 或 11（分别是我传递给汇编函数的整数数组的倒数第二个和最后一个成员）。我得到的结果似乎是完全随机的。我可以 运行 程序几次并获得 11，然后 运行 再执行几次然后开始获得 100。
如果有人能帮助我理解这种奇怪的行为，我将不胜感激。谢谢！
更新： 我实现了 Jester 评论中的更改（使用 32 位寄存器来保存整数）并且它有效，但我不太明白为什么。
本回答的开头是基于杰斯特的评论。它只是对此进行了扩展，并更详细地解释了这些变化。我也做了一些额外的更改，其中两个还解决了您的来源中的错误。
首先这部分：
An
intis 4 bytes but you use 8 all over your code. Useeaxinstead ofrax.
您示例中的这些指令分别从数组中访问 8 个字节：
mov rax, [rdi]
cmp rax, [rdi]
mov rax, [rdi]
这是因为 rax 是一个 64 位寄存器，所以执行完整的 rax 加载或与内存操作数比较会访问 8 字节的内存。在 NASM 语法中，您可以明确指定内存操作数的大小，例如通过编写以下内容：
mov rax, qword [rdi]
如果您这样做了，您可能会更早地发现您正在以 8 字节为单位（四字）访问内存。在使用 rax 作为目标寄存器时尝试显式访问双字将失败。以下行在汇编时导致错误 "mismatch in operand sizes"：
mov rax, dword [rdi]
下面两行没问题，都从双字内存操作数加载到 rax。第一个使用零扩展（在写入 32 位寄存器部分时隐含在 AMD64 指令集中），第二个使用（显式）符号扩展：
mov eax, dword [rdi]
movsx rax, dword [rdi]
（从双字内存操作数到 rax 的 movzx 指令不存在，因为它与 mov 到 eax 是多余的。）
稍后在您的示例中，您使用 rdi 作为 4 字节宽类型的地址，通过向其添加 4 来推进数组条目指针：
add rdi, 4
这对于 int 类型是正确的，但与您使用四字作为内存操作数的大小冲突。
杰斯特的评论又给出了两个问题：
Also do not use
rbxbecause that is a callee-saved register and it's pointless to copy fromrsianyway. As before, you'd better useesibecause that's another int.
rsi 问题是 64 位 rsi 的高 32 位可能包含非零值，具体取决于 ABI。如果您不确定是否允许非零值，您应该假设它是并且您应该仅在 esi 中使用 32 位值。
rbx（或ebx）问题是 rbx 需要在 Linux 使用的 AMD64 psABI 的函数调用中保留，参见 Where is the x86-64 System V ABI documented? 获取该 ABI 的文档。在您的简单测试程序中，更改 rbx 可能不会导致任何失败，但在非平凡的上下文中很容易导致失败。
我发现的下一个问题是 eax 的初始化。你是这样写的：
; [rdi] is the first value in the array.
; We'll store the smallest value so far found
; in rax. The first value in the array is the
; smallest so far found, therefore we store it
; in rax.
mov rax, [rdi]
但是，正如您的循环流控制逻辑所证明的那样，您允许调用者为大小参数传递一个零。在那种情况下，您根本不应该访问该数组，因为 "the first value in the array" 甚至可能不存在或根本没有被初始化为任何东西。从逻辑上讲，您应该使用 INT_MAX 而不是第一个数组条目来初始化最小的值。
还有一个问题：您正在使用 rsi 或 esi 作为无符号数，倒数到零。但是，在您的函数声明中，您将 size 参数的类型指定为 int，它是有符号的。我通过将声明更改为 unsigned int.
我对您的程序做了一些可选的更改。我为函数的 "sub" 标签使用了 NASM 局部标签，这很有用，因为您可以在相同的其他函数中重复使用例如 .loop 或 .end源文件，如果有任何要添加的。
我还更正了其中一条评论，指出我们在 eax 小于数组条目时跳转，而不在 eax 大于 或等于 时跳转到数组入口。您可以将此条件跳转更改为 jle 而不是它也会跳转进行相等比较。可以说，为了清晰度或性能，可能更喜欢其中一个，但我没有太多答案。
我还使用了 dec esi 而不是 sub esi, 1，这并没有好多少，但更适合我。在 32 位模式下，dec esi 是一条单字节指令。但在 64 位模式下并非如此； dec esi 是 2 个字节，而 sub esi, 1 是 3 个字节。
另外，我把初始检查esi为零的方法从cmp改为test，稍微好一点，参考
最后，我将实际的循环条件更改为在循环体的末尾，这意味着循环使用了一个跳转指令。无条件跳转到循环体的开始被替换为检查 while 条件的条件跳转。函数开头的 test 仍然需要处理零长度数组的可能性。此外，我没有再次使用 cmp 或 test 来检查 esi 中的零，而是使用已经由 dec 指令设置的零标志来检查是否 esi 被递减为零。
您可以使用 ecx 或 rcx 作为循环计数器，但这在现代 CPU 上可能不会有多大好处。如果您使用 jrcxz、jecxz 或 loop 指令，将允许稍微更紧凑的代码。但不推荐使用它们，因为性能较慢。
不是与 dword [rdi] 进行比较，如果小于或等于 eax，则从同一内存双字加载，您可以先将数组条目的值加载到寄存器中，然后然后将其用作 cmp 和 mov 的来源。这可能会更快，但它确实会导致更多的操作码字节。
我用来将目标索引（rdi 在 64 位模式下）推进 4 的一个技巧是使用单个 scasd 指令，它只修改标志和索引寄存器.这是一条单字节指令，而不是 4 字节 add rdi, 4，但很可能比 运行.
我上传了一个 repo，其中包含您的原始来源和我对 https://hg.ulukai.org/ecm/testsmal/file/2b8637ca416a/ 的改进（在 CC BY-SA 使用条件下 Whosebug 内容。）我也修改了 C 部分和测试脚本，但是这些微不足道，而且与您的问题几乎无关。这是汇编源代码：
INT_MAX equ 7FFF_FFFFh
SECTION .text
global find_smallest_int
find_smallest_int:
; If the array is empty (size = 0) then we want to return
; without reading from the array at all. The value to return
; then logically should be the highest possible number for a
; 32-bit signed integer. This is called INT_MAX in the C
; header limits.h and for 32-bit int is equal to 7FFF_FFFFh.
;
; If the array is not empty, the first iteration will then
; always leave our result register equal to the value in
; the first array entry. This is either equal to INT_MAX
; again, or less than that.
mov eax, INT_MAX
; esi is the second argument to our function, which is
; declared as int find_smallest_int(int *, unsigned int).
; It represents the length of the array. We use this
; as a counter. rsi (and its part esi) need not be preserved
; across function calls for the AMD64 psABI that is used by
; Linux, see
; Check for an initial zero value in esi. If this is found,
; skip the loop without any iteration (while x do y) and
; return eax as initialised to INT_MAX at the start.
test esi, esi
jz .end
.loop:
; If eax is smaller than dword [rdi], we'll jump down to the
; rest of the loop. Only if eax is bigger than or equal to
; the dword [rdi] will we reassign eax to that, to hold the
; new smallest-yet value.
cmp eax, dword [rdi]
jl .postassign
.assign:
; If we execute this code, it means eax was not less
; than dword [rdi]. Therefore, we can safely reassign
; eax to dword [rdi].
mov eax, dword [rdi]
.postassign:
; Set rdi to point to the next value in the array.
add rdi, 4
; Subtract one from our counter. This started as
; the number of elements in the array - when it
; gets to 0, we'll have looped through the entire thing.
dec esi
; Check to see if we've reached the end of the array.
; To do this, we use the Zero Flag as set by the prior
; dec instruction. If esi has reached zero yet (ZR) then
; we do not continue looping. In that case, we return the
; smallest value found yet (which is in eax at the moment).
;
; Else, we jump to the start of the loop to begin the next
; iteration.
jnz .loop
.end:
retn
这是循环体内条件跳转的替代方法。 cmov 指令似乎被所有 AMD64 CPU 支持。这是一个有条件的移动：如果满足条件，它 运行 就像 mov ——否则它没有任何效果，有一个例外：它可能读取源操作数（因此可能会从内存访问）。您可以翻转 mov 周围用于分支的条件以获得 cmov 指令的条件。 （我遇到了 this thread involving Linus Torvalds，这表明条件跳转解决方案实际上可能比 cmov 更好或不差。随心所欲。）
.loop:
; If eax is greater than or equal to dword [rdi], we'll
; reassign eax to that dword, the new smallest-yet value.
cmp eax, dword [rdi]
cmovge eax, dword [rdi]
; Set rdi to point to the next value in the array.
add rdi, 4