8.2.2  状态寄存器

x87 FPU有一个16位寄存器显示当前的状态：空闲标志（1位）、条件判断标志（4位）、数据寄存器堆栈指针（3位）、异常标志（6位）、全局错误标志（1位）、堆栈错误标志（1位）。如图8-3所示：

一般在一个操作完成以后，通过检测状态寄存器控制流程。在一般编程(www.cppentry.com)中，异常标志和条件标志是最重要的。其他部分仅在出现错误时才需要关注，详情请参阅文献[2]。

（1）指令

状态寄存器是只读的，因此与它有关的指令只有一条（但有同步和不同步两个版本，参见8.3节），即FSTSW。这条指令将状态寄存器中的内容传送至AX寄存器，位次序不变。由于状态寄存器共16位，因此正好填满AX。通过检测AX的对应位，即可得到状态控制器的相关信息，例如前面检测条件位C0的代码：

FSTSW                     ;传送至AX  
AND    EAX,100h           ;测试C0=1   
JNZ    MYNEXT2           ;ST0 < ST1 

（2）堆栈指针

位11至位13是堆栈指针（共3位），其值在0和7之间循环。

与常规x86指令使用寄存器模式不同，浮点指令使用堆栈模式（更确切地说，是寄存器模式和堆栈模式的混合），即一般的浮点指令从栈顶取操作数，结果也存储于栈顶，例如FADDP指令就是如此，它的操作数来自ST(0)和ST(1)，结果存储于ST(0)。

一般情形下，用户只需保证堆栈不出现错误（例如溢出），无需特别在意它的指针。但在特殊情形下，移动堆栈指针可能有利于提高效率。例如正在进行一个复杂的计算，中间结果占据了多个数据寄存器，如图8-4所示。

假设当前的堆栈指针位于data5处，而需要计算sin(data2)，那么如何实现呢？常规方法（不直接操作堆栈指针）代码如下：

FSTP  data5  
FSTP  data4  
FSTP  data3  
FSIN  data2  
FLD  data3  
FLD  data4  
FLD  data5 

如果直接操作堆栈指针（使用FINCSTP指令），那么代码如下：

FINCSTP  
FINCSTP  
FINCSTP  
FSIN  
FDECSTP  
FDECSTP  
FDECSTP 

可以看出，在复杂计算中，常规方法的代价就是在数据寄存器和内存之间进行多次数据传送，降低了执行效率，而直接操作堆栈指针可以避免这些问题。当然，这个例子是编造的，实际代码可能没有这么极端，而且操作堆栈指针相当危险（清空堆栈时很容易造成堆栈溢出）。除非迫不得已，一般不建议这么做。

（3）异常位

第5章已经提及IEEE定义了5种浮点异常，每种异常均对应一个位，共5个位。除此而外，还有一个弱规范数异常，当操作数中出现弱规范数时，这个异常位就会被设置（但扩展双精度格式例外）。

在这些硬件基础上，可以建立两种异常处理模式：正常模式和安静模式。

正常的异常处理是硬件触发异常，被内核（操作系统代码）捕获，然后由内核传递至用户层，交由指定的异常代码处理。这种处理模式的特点是：当一切正常、没有异常触发时，异常处理代码不会被激活，如同不存在一样，因此任务代码执行效率较高；但是一旦触发了异常，内核代码和用户代码均被激活，处理代码的执行效率较低，系统受到较大干扰。

安静模式就是屏蔽一切异常，但在任务代码执行过程中，在一些关键处（例如结果出来时）进行异常检测。如果检测到异常就进行异常处理，否则继续执行任务代码。这种模式即使在异常出现时也不会激活内核代码，对系统干扰较小，异常处理代码的效率也高。但是，大量的检测代码即使在没有异常时也需要运行（否则不知道是否发生了异常），从而导致任务代码效率低下。

两种模式各有优缺点，选择的关键在于异常被触发的频率。如果频率较低，那么正常模式有优势；反之，安静模式有优势。幸运的是，在浮点运算中，这两种模式都可以根据情形选用。Windows标准的异常处理模式就是正常模式，常见的try-except块和try-catch块就是这种模式在C/C++(www.cppentry.com)中的对应物。与此同时，VC6的浮点数学库使用安静模式处理数学函数内部可能出现的异常，例如，如果想处理asin()可能出现的定义域错误（非法操作异常的一种情形），那么只需提供一个_matherr()即可。不过这种模式仅用于VC6的数学函数库，对普通的浮点代码无效（VC6浮点库没有提供异常检测函数）。

关于异常处理以及使用参见第12章。

（4）条件位

状态寄存器有4个条件位，虽然最常见的用处是给出逻辑比较的结果，但这只是它们在逻辑比较指令中的作用，在别的指令中，它们还有其他作用，例如在FXAM指令中它们给出操作数的类型、在FPREM指令中它们返回商的最低3个位。考虑到这些，更确切的名字应该是指示位。

按返回结果方式的不同，x87 FPU有两类逻辑比较指令：一类指令直接将结果设置到EFLAGS寄存器中，例如FCOM指令；一类则将结果设置在状态寄存器的条件位中，例如FCOMI指令。两者在使用上也有差异，例如比较两个数的大小，使用FCOMI指令是：

FLD    QWORD PTR[ESI]  
FLD    QWORD PTR[ESI+8]  
FCOMI  ST(0), ST(1)       ;占用EFLAGS部分  
JB      MYNEXT2 

需要将两个数都载入寄存器，但检测结果比较方便。而FCOM指令正好相反：

FLD    QWORD PTR[ESI]  
FCOM   QWORD PTR[ESI+8]  
FSTSW                       ;占用AX  
AND    EAX,100h             ;测试C0=1   
JNZ     MYNEXT2         ;ST0 < ST1 

只需载入一个即可，但检测结果比较麻烦，而且会破环AX。

我喜欢使用FCOMI指令（此时无需关心C0,C1,C2,C3的意义），但在VC6浮点库中没有见到FCOMI指令。这里有一个重要的原因，那就是FCOMI指令是Pentium 6系列才引入IA-32体系的，先前的CPU不支持。因此，如果需要考虑兼容性，FCOM指令是唯一的选择。C0,C1,C2,C3的意义参见附录B指令说明部分。

另一个需要特别注意的细节是FCOMI指令的特性，它只设置EFLAGS寄存器的ZF、CF和PF，没有设置SF和OF，因此FCOMI指令的结果类似无符号整型的结果，这意味着紧跟的分支指令应该使用JA/JAE/JE/JBE/JB，而不要使用JG/JGE/JE/JLE/JL。否则，结果会出错。