ARM的常数表达式

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如果说Intel指令中的立即数，相信大家都很熟悉。类似的，ARM指令中的“立即数”就是常数表达式。之所以称为常数表达式，而不称为立即数是有原因的。
Intel指令属于CISC指令集，指令是不定长的，因此可以将任意32位立即数编码到指令内。
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5 I8 F9 v% `8 b& @$ \6 d% C* k8 _Arm指令属于RISC指令集，指令是定长的32字节。众所周知，指令中操作码是必须的字段，如果把32位立即数直接编码到指令内部，操作码就无“容身之地”了……
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& i7 V4 O& i1 G+ W6 L

, E9 B' B* h, |因此，Arm指令中“立即数”的位数必小于32位。那么如何在Arm指令中正常表示立即数呢？我们看看Arm的通用指令格式。
1 q1 R! k- m8 E& C# R/ G' Y
% g. B+ R2 X: i+ P# h. U
3 F5 y$ a4 R% s5 x, h

6 J. P- w9 v% g! M, l( w# w2 N5 [3 }

Arm指令中，操作码（opcode）、目的操作数（Rd）、源操作数1（Rn）是必须的字段。条件码（cond）、符号位标记（s）源操作数2（oprand2）是可选的。其中Rd和Rn必须是寄存器，因此Arm的“立即数”只能存储在oprand2。

: E& a9 `. Z# M% t
$ t# C  V/ a' m* u8 C) g4 T. u在Arm的指令编码内，使用“立即数”的指令为“立即数”提供了12bit的存储空间，也就是说Arm的“立即数”只能表示212=4096个数字。这显然无法表示所有的32位立即数，如果使用这12bit表示0~4095的数字，那么从4096~（232-1）的数组都不能表示了。考虑到这种“后果”，Arm指令集的设计者们使用了一个技巧，即使用常数表达式代替立即数的概念。
9 `8 J: A! l; v- p% h3 w/ V常数表达式表示一个常数，且该常数对应8位的位图，即可以由一个8位的常数通过循环移位偶数位得到。

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0 B% q1 r7 B2 V" V4 p

比如0x3fc可以由8位常数0xff循环左移2位或循环右移30位得到，是常数表达式。再比如0x1fe,虽然可以有0xff循环左移1位或循环右移31位得到，但是移动的位数不是偶数，因此不是常数表达式。
根据常数表达式的定义，常数表达式只需要12bit的存储空间。

: V; L, x3 l, S; _- P) o5 j
12bit空间中，低8字节存储8位位图，高4字节存储循环右移的次数。4字节只能表示24=16种移动次数，但是由于常数表达式定义中，移位限定为偶数次，因此这4个字节刚好能表示0、2、4、6、8…32位16个数字！
* `: p; c2 G9 b& l, X比如0x3fc的二进制表示为0xfff，即使用8位数字0xff循环右移0xf*2=30次得到。
/ q1 B( k0 f1 A! v& Q$ _9 |明确了常数表达式的含义后，可以通过简单的编程识别一个数字是否是常数表达式。
/*
循环左移两位
*/
void roundLeftShiftTwoBit(unsigned int& num)
{
+ A2 Y' k* @$ Z6 r# xunsigned int oveRFlow=num & 0xc0;//取左移即将溢出的两位
num=(num<<2) (overFlow>>30);//将溢出部分追加到尾部
1 ]0 v  A) c: p  a}
' V; q! W) V% J$ u6 ?/ O; V- q( e7 Q  r! k/*
判断num是否是常数表达式，8位数字循环右移偶数位得到
*/
bool constExpr(unsigned int num)
# |2 M6 q5 F5 x+ z{
- `, J5 a, C# C" Ffor(int i=0;i<16;i++){
. @; Q* |$ _( m8 L& a/ [9 v* Qif(num<=0xff)
return true;//有效位图
else
0 U# v0 M% o/ z) P  C- mroundLeftShiftTwoBit(num);//循环左移2位
}
6 a7 _+ r8 c7 |}
7 E' r* e& M. D% o' ^0 u! U6 X5 CroundLeftShiftTwoBit函数将一个无符号32位整数循环左移2位，constExpr反复将一个无符号32位整数循环左移2位，直到发现该数字在0到0xff之间为止，否则表示该数字不是常数表达式。
& T, J: q7 R. Y通过常数表达式，Arm指令便避免了“立即数”仅仅局限于0~4095的数字范围的问题了。但是常数表达式仍不能表示全部的32位整数，比如0x1fe。对于非常数表达式的数字，只能通过拆分来解决。
% r) [# G3 C. h5 m/ q! x6 e. F; c比如Arm指令mov r0,#0x1fe不是合法的指令，因为0x1fe不是常数表达式。那么只能将0x1fe拆分，表示为两条指令，比如：
mov r0,#0xfe
add r0,r0,#0x100
除了拆分数字的方法，Arm的LDR宏使用临时变量的方式实现非常数表达式的数据传送，即：
LDR r0,=0x1fe
ldr宏指令不是Arm的真正指令，它由如下两条指令实现：
.tmp .word 0x1fe
ldr r0,.tmp
4 G: g/ I, y$ `, ?- \  kldr r0,[r0]
7 T! I  {# e) g/ U6 C# e4 W4 ~Arm的ldr指令用于将内存的数据加载到寄存器。这里数字0x1fe被存储在ldr指令附近的位置.tmp处，ldr r0,.tmp被编译为ldr r0,[pc+offset]的形式，其中offset为符号.tmp相对ldr指令的偏移。这样ldr r0,.tmp获取了符号.tmp的地址，然后再次使用ldr r0,[r0]将.tmp地址处的数据取出，即0x1fe。
- L+ e, A  z! U通过以上的描述，我们明确了Arm指令中常数表达式的真正含义，并基于此编写了一个验证常数表达式的函数。最后，我们解析了如何在Arm中实现非常数表达式数据的传送，并讨论了它的实现。希望对你理解Arm的常数表达式有所帮助。
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modengxian111

ARM指令中的“立即数”就是常数表达式

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