题目

在按字节编址的计算机 M 上，题 43 中 f1 的部分源程序（阴影部分）与对应的机器级代码（包括指令的虚拟地址）如下图所示。

int f1(unsigned n)
1   00401020 55         push ebp
...      ...        ...
    for (unsigned i = 0; i <= n-1; i++) {
...      ...        ...
20  0040105E 39 4D F4   cmp dword ptr [ebp-0Ch],ecx
...      ...        ...
        power *= 2;
...      ...        ...
23  00401066 D1 E2      shl edx,1
...      ...        ...
    return sum;
...      ...        ...
35  0040107F C3         ret

其中，机器级代码行包括行号、虚拟地址、机器指令和汇编指令。

请回答下列问题。

(1) 计算机 M 是 RISC 还是 CISC？为什么？

(2) f1 的机器指令代码共占多少字节？要求给出计算过程。

(3) 第 20 条指令 cmp 通过 i 减 n-1 实现对 i 和 n-1 的比较。执行 f1(0) 过程中，当 i=0 时，cmp 指令执行后，进/借位标志 CF 的内容是什么？要求给出计算过程。

(4) 第 23 条指令 shl 通过左移操作实现了 power2 运算，在 f2 中能否也用 shl 指令实现 power2？为什么？

解析

本题在 2017-43 的 f1 函数之上，给出 x86 反汇编片段，考查 CISC vs RISC 的判别、机器代码段长度计算、cmp 后标志位推导、以及 整数移位不能套用到浮点数上 这一陷阱。

(1) M 是 RISC 还是 CISC？[2 分]

M 为 CISC。

判据： RISC 的核心特征是 指令定长（如 MIPS / RISC-V 32 位定长，ARM Thumb 16 位定长）。题表中 M 的指令长度参差不齐：

• push ebp：1 字节（55H）；
• cmp dword ptr [ebp-0Ch], ecx：3 字节（39 4D F4H）；
• shl edx, 1：2 字节（D1 E2H）。

变长指令是 CISC（如 x86）的典型特征。配合"ebp / ecx / edx 等 32 位通用寄存器名称"，可锁定为 x86（IA-32），是 CISC。

编者注（生僻术语）： RISC vs CISC 的判别还有别的角度——指令数（RISC 少、CISC 多）、寻址方式（RISC 简单几种、CISC 多达十余种）、是否 load-store 架构（RISC 是、CISC 不一定）。指令长度是最直观的一个。

(2) f1 的机器代码总字节数 [2 分]

f1 第一条指令地址：0040 1020H（push ebp）； 最后一条指令地址：0040 107FH（ret）。

ret 指令长度 = 1 字节（机器码 C3H），所以 f1 占据的地址区间是 [1020H, 1080H)：

易错点： "+1" 别忘——字节范围 [a, b] 的长度是 b − a + 1，闭区间。漏掉就是 95B。

(3) 执行 f1(0) 时 cmp 后 CF 的值 [3 分]

Step 1. 算 cmp 的两个操作数。

执行 f1(0) 时 n = 0，n - 1 在 unsigned 算术下溢回最大值：

cmp 第一轮（i = 0）：

Step 2. 用补码加法实现减法。

减法 = 加被减数补码：

实际加法器做：

Step 3. 求 CF。

加法器的进位输出 （最高位 0+0+0 没产生进位）。x86 减法约定下：

Step 4. 物理意义验证。

0 < FFFFFFFFH（无符号），借位发生 → CF = 1。✓

易错点： x86 的 CF 在减法里是"借位标志"，规则与"加法的 Cout 直接做 CF" 相反。记忆法：减法 CF = 1 ↔ 被减数 < 减数（当作无符号）。

(4) f2 中能否用 shl 实现 power * 2？[3 分]

不能。

原因： shl 把整数的位作为整体左移 1 位（最低位补 0），等价于"乘 2"——但这只对 整数补码 / 无符号 表示成立。

float 的机器数不是单一权值的二进制串，而是 IEEE 754 编码：

[符号 S | 阶码 E | 尾数 M]
   1 位     8 位     23 位

整体左移会把：

• 符号位移出（数据丢失），相邻的阶码最高位"补"进符号位 → 数被强行变正/变负；
• 阶码错位 → 数量级跳变到完全无关的数；
• 尾数最低位被填 0（这倒是无害）。

要让浮点数 ×2，正确做法是 阶码字段加 1——这是浮点 ×2 的硬件捷径，但 shl 不知道这种结构，所以失败。

编者注（生僻术语）： x86 上浮点的乘法走 FPU / SSE 指令（如 mulss、fmul），不是整数移位。现代编译器会发现 power *= 2 的右操作数是 2 的幂，对 int 优化成 shl，但对 float 维持 mulss ——它们的机器表示根本不同。