汇编语言浮点数异常与常用指令集

每个程序都可能出错，而 FPU 就需要处理这些结果。因而，它要识别并检测 6 种类型的异常条件：

• 无效操作（#I）
• 除零（#Z）
• 非规格化操作数（#D）
• 数字上溢（#O）
• 数字下溢（#U）
• 模糊精度（#P）

前三个（#I、#Z 和 #D）在全部运算操作发生前进行检测，后三个（#O、#U 和 #P）则在操作发生后检测。

每种异常都有对应的标志位和屏蔽位。当检测到浮点异常时，处理器将与之匹配的标志位置 1。每个被处理器标记的异常都有两种可能的操作：

• 如果相应的屏蔽位置 1，那么处理器自动处理异常并继续执行程序。
• 如果相应的屏蔽位清 0，那么处理器将调用软件异常处理程序。

大多数程序普遍都可以接受处理器的屏蔽（自动）响应。如果应用程序需要特殊响应，那么可以使用自定义异常处理程序。一条指令能触发多个异常，因此处理器要持续保存自上一次异常清零后所发生的全部异常。完成一系列计算后，可以检测是否发生了异常。

浮点数指令集

FPU 指令集有些复杂，因此这里只对其功能进行概述，并用具体例子给出编译器通常会生成的代码。此外，大家还将看到如何通过改变舍入模式来控制 FPU。指令集包括如下基本指令类型：

• 数据传送
• 基本算术运算
• 比较
• 超越函数
• 常数加载（仅对专门预定义的常数）
• x87 FPU 控制
• x87 FPU 和 SIMD 状态管理

浮点指令名用字母 F 开头，以区别于 CPU 指令。指令助记符的第二个字母（通常为 B 或 I）指明如何解释内存操作数：B 表示 BCD 操作数，I 表示二进制整数操作数。

如果这两个字母都没有使用，则内存操作数将被认为是实数。比如，FBLD 操作对象为 BCD 数值， FILD 操作对象为整数，而 FLD 操作对象为实数。

操作数

浮点指令可以包含零操作数、单操作数和双操作数。如果是双操作数，那么其中一个必然为浮点寄存器。指令中没有立即操作数，但是某些预定义常数（如 0.0，π 和 log₂10）可以加载到堆栈。

通用寄存器 EAX、EBX、ECX 和 EDX 不能作为操作数。（唯一的例外是 FSTSW，它将 FPU 状态字保存在 AX 中。）不允许内存-内存操作。

整数操作数从内存（不是从 CPU 寄存器）加载到 FPU，并自动转换为浮点格式。同样，将浮点数保存到整数内存操作数时，该数值也会被自动截断或舍入为整数。

初始化（FINIT）

FINIT 指令对 FPU 进行初始化。将 FPU 控制字设置为 037Fh，即屏蔽（隐藏）了所有浮点异常；舍入模式设置为最近偶数，计算精度设置为 64 位。建议在程序开始时调用 FINIT, 这样就可以了解处理器的起始状态。

浮点数据类型

现在快速回顾一下 MASM 支持的浮点数据类型（QWORD、TBYTE、REAL4、REAL8 和 REAL10）,如下表所示。

类型	用法
QWORD	64 位整数
TBYTE	80 位（10 字节）整数
REAL4	32 位（4 字节）IEEE 短实数
REAL8	64 位（8 字节）IEEE 长实数
REAL10	80 位（10 字节）IEEE 扩展实数

在定义 FPU 指令 的内存操作数时，将会使用到这些类型。例如，加载一个浮点变量到 FPU 堆栈，这个变量可以定义为 REAL4，REAL8 或 REAL10：

.data
bigVal REAL10 1.212342342234234243E+864
.code
fld bigVal              ;加载变量到堆栈

加载浮点数值（FLD）

FLD（加载浮点数值）指令将浮点操作数复制到 FPU 堆栈栈顶（称为 ST(0)）。操作数可以是 32 位、64 位、80 位的内存操作数（REAL4、REAL8、REAL10）或另一个 FPU 寄存器：

FLD m32fp
FLD m64fp
FLD m80fp
FLD ST(i)

内存操作数类型 FLD 支持的内存操作数类型与 MOV 指令一样。示例如下：

.data
array REAL8 10 DUP (?)
.code
fid array                                                  ;直接寻址
fid [array+16 ]                                        ;直接偏移
fid REAL8 PTR[esi]                                  ;间接寻址
fid array[esi]                                           ;变址寻址
fid array[esi*8]                                        ;带比例因子的变址
fid array[esi*TYPE array]                         ;带比例因子的变址
fid REAL8 PTR[ebx+esi]                          ;基址-变址
fid array[ebx+esi]                                   ;基址-变址-偏移量
fid array[ebx+esi*TYPE array]                 ;带比例因子的基址-变址-偏移量

【示例】下面的例子加载两个直接操作数到 FPU 堆栈：

.data
dblOne REAL8 234.56
dblTwo REAL8 10.1
.code
fid dblOne            ; ST(0) = dblOne
fid dblTwo            ; ST(0) = dblTwo, ST(1) = dblOne

每条指令执行后的堆栈情况如下图所示：


执行第二条 FLD 时，TOP 减 1，这使得之前标记为 ST(0) 的堆栈元素变为了 ST(1)。

FILD

FILD（加载整数）指令将 16 位、32 位或 64 位有符号整数源操作数转换为双精度浮点数，并加载到 ST(0)。源操作数符号保留。FILD 支持的内存操作数类型与 MOV 指令一致（间接、变址、基址-变址等）。

加载常数

下面的指令将特定常数加载到堆栈。这些指令没有操作数：

• FLD1 指令将 1.0 压入寄存器堆栈。
• FLDL2T 指令将 log₂10 压入寄存器堆栈。
• FLDL2E 指令将 log₂e 压入寄存器堆栈。
• FLDPI 指令将  π  压入寄存器堆栈。
• FLDLG2 指令将 log₁₀2 压入寄存器堆栈。
• FLDLN2 指令将 log_e2压入寄存器堆栈。
• FLDZ（加载零）指令将 0.0 压入 FPU 堆栈。

保存浮点数值（FST, FSTP）

FST（保存浮点数值）指令将浮点操作数从 FPU 栈顶复制到内存。FST 支持的内存操作数类型与 FLD 一致。操作数可以为 32 位、64 位、80 位内存操作数（REAL4、REAL8、 REAL10）或另一个 FPU 寄存器：

FST m32fp FST m80fp
FST m64fp FST ST(i)

FST 不是弹出堆栈。下面的指令将 ST(0) 保存到内存。假设 ST(0) 等于 10.1，ST(1) 等于 234.56：

fst dblThree   ; 10.1
fst dblFour     ; 10.1

直观地说，代码段期望 dblFour 等于 234.56。但是第一条 FST 指令把 10.1 留在 ST(0) 中。如果代码段的意图是把 ST(1) 复制到 dblFour，那么就要用 FSTP 指令。

FSTP

FSTP（保存浮点值并将其出栈）指令将 ST(0) 的值复制到内存并将 ST(0) 弹出堆栈。假设执行下述指令前 ST(0) 等于 10.1，ST(1) 等于 234.56：

fstp dblThree ; 10.1
fstp dblFour ; 234.56

指令执行后，这两个数值会从堆栈中逻辑移除。从物理上看，每次执行 FSTP，TOP 指针都会减 1，修改 ST(0) 的位置。

FIST（保存整数）指令将 ST(0) 的值转换为有符号整数，并把结果保存到目标操作数。保存的值可以为字或双字。FIST 支持的内存操作数类型与 FST 一致。