Арифметика: add, sub, mul, div

Урок разбирает арифметические команды и их особенности — особенно неочевидное деление.

Целочисленная арифметика в процессоре работает в фиксированной разрядности, поэтому за результатом следят флаги переполнения.

Сложение и вычитание

Самые простые команды. add и sub меняют приёмник и выставляют флаги:

add rax, rbx    ; rax = rax + rbx
sub rax, 10     ; rax = rax - 10
inc rax         ; rax = rax + 1 (короче, чем add rax,1)
dec rax         ; rax = rax - 1

Умножение и его коварство

Команда mul rbx умножает rax на rbx, но результат может не влезть в 64 бита, поэтому он кладётся в пару регистров: старшая половина в rdx, младшая в rax. Для знакового умножения есть imul, у которого удобнее формы: imul rax, rbx, 5.

Деление: главная ловушка

Деление div rbx устроено непривычно. Делимое берётся из пары rdx:rax, и результат раскладывается так:

Перед делением старшую часть rdx обязательно очищают (для беззнакового — xor rdx, rdx), иначе делимое будет огромным и div «упадёт».

Как работает под капотом

Смоделируем целочисленное деление с частным и остатком на Python — ровно то, что делает div:

dividend = 47
divisor = 5
quotient = dividend // divisor   # частное -> rax
remainder = dividend % divisor   # остаток -> rdx
print("47 / 5 =", quotient, "остаток", remainder)

Вывод:

47 / 5 = 9 остаток 2

Процессор за одну команду div получает и частное, и остаток — именно поэтому в C операции / и % часто компилируются в одно деление.

Частые ошибки

• Забыть очистить rdx перед div. Самая частая причина «деления на ноль»/аварии, хотя делитель не ноль.
• Перепутать mul и imul. mul беззнаковое, imul знаковое; для отрицательных нужен imul.
• Не помнить, что mul портит rdx. Если там были данные, они затрутся старшей половиной произведения.

Итог

• add/sub/inc/dec — простая арифметика с обновлением флагов.
• mul/imul кладут результат в пару rdx:rax.
• div делит rdx:rax, даёт частное в rax и остаток в rdx.
• Перед div обязательно очищают rdx (xor rdx, rdx).