为什么SHL和SAL相同

r囧r小猫 2022-06-07 03:47 67阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  1 移位指令简介
     *   *  1.1 左移
         *  1.2 右移
     *  2 为什么两者会有不同呢？
     *   *  2.1 对于左移操作
         *  2.2 对于右移操作
         *  2.3 这样就能说明SHL和SAL是相同的吗？
         *   *  2.3.1 对于左移操作：
             *  2.3.2 对于右移操作
     *  3 其他

## 1 移位指令简介 ##

### 1.1 左移 ###

SAL		OPD, OPS               ; 算术左移，操作数左移，最低位补0，最高位进CF
    SHL		OPD, OPS               ; 逻辑左移，操作数左移，最低位补0，最高位进CF

### 1.2 右移 ###

SAR		OPD, OPS			   ; 算术右移，操作数右移，最高位不变，最低位进CF
    SHR		OPD, OPS			   ; 逻辑右移，操作数右移，最高位补0，最低位进CF

我们会发现，左移指令 `SAL` 和`SHL`是进行同样的操作  
而右移指令 `SAR`和`SHR` 进行的是不同的操作

## 2 为什么两者会有不同呢？ ##

先来看一段C语言代码：

#include <stdio.h>
    int main(void)
    { 
        char n = 64;
        unsigned char m = 64;
        n = n << 1;
        m = m << 1;
        printf("n = %d\n", n);
        printf("m = %d", m);
        return 0;
    }

运行结果：

n = -128
    m = 128

我们知道C语言中移位操作常用于快速乘除（左移为乘，右移为除）  
但是`64`为什么左移`1`位`（*2）`后变成了一个负数呢？  
十进制数`64`的二进制码为`01000000`，当它左移后变成`10000000`  
`n`为一个有符号数，所以`10000000`就是 `-128`  
`m`为一个无符号数，所以`10000000`就是`128`

### 2.1 对于左移操作 ###

可以发现，**左移操作相当于乘法操作，它是会让操作数变大的**，也就是说，**它随时存在着溢出的风险**

**若左移操作保留符号位**的话，那么左移会出现越来越小的情况，但是你的本意是让这个数变大![这里写图片描述][SouthEast]

最后却发现左移后的数变小了，为了规避这种溢出带来的问题，统一了左移操作，也就是说，在左移操作中，寄存器只负责储存这个数（不管是否合乎人意，它只要是个数就行），若没有溢出的时候，则原样存储。所以说左移操作是会改变符号位的（也就是上述C语言的例子）。

### 2.2 对于右移操作 ###

我们知道右移操作的算术操作是除法，那么在计算机中是肯定让这个数变小的，所以**不存在溢出的风险**，那么设计者就把是否保留符号位的权力交给了程序编写人员，**所以 `SAR` 和`SHR` 是两个不同的操作**。

### 2.3 这样就能说明SHL和SAL是相同的吗？ ###

#### 2.3.1 对于左移操作： ####

![这里写图片描述][SouthEast 1]

![这里写图片描述][SouthEast 2]

可以明显发现，两者对应操作的机器码是完全相同的，由此可以断定， **`SHL` 和 `SAL`是不同名的同种操作**，下面再来看右移操作。

#### 2.3.2 对于右移操作 ####

![这里写图片描述][SouthEast 3]

![这里写图片描述][SouthEast 4]

可以发现他们对应的机器码是不同的，**所以 `SAR`和 `SHR`是两个不同的操作**。

## 3 其他 ##

关于这两者，维基百科提到：

> Logical shifts are best used with unsigned numbers  
> 逻辑移位最好用于无符号数

> In an arithmetic shift, the spaces are filled in such a way to preserve the sign of the number being slid. For this reason, arithmetic shifts are better suited for signed numbers in two’s complement format  
> 在算术移位中，移位空间被补0或者保留高位（即符号位）的方式处理，因此，算术移位操作更适用于两个有符号数的补码操作

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参考：  
[x86 Assembly - wikibooks][]  
[SAL/SAR/SHL/SHR - 移位操作码表][SAL_SAR_SHL_SHR -]

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[SouthEast 1]: /images/20220607/a4e6e03dda6b4e4ebeffc4c6d2d8586f.png
[SouthEast 2]: /images/20220607/3c95ef74d8e345e7969f9588a7cfe1ab.png
[SouthEast 3]: /images/20220607/bd563a5ef03546c19f60b8e1b4d32198.png
[SouthEast 4]: /images/20220607/f5ea634ff6274666814839d491daf620.png
[x86 Assembly - wikibooks]: https://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly
[SAL_SAR_SHL_SHR -]: http://scc.qibebt.cas.cn/docs/optimization/VTune%28TM%29%20User%27s%20Guide/mergedProjects/analyzer_ec/mergedProjects/reference_olh/instruct32_hh/vc283.htm