立即数的判断方法

此文转自：讲师  秦老师      （如有冒犯，请告知我，我会立即删除）

在ARM汇编的数据处理指令中经常会使用到常数，而ARM汇编中规定使用的常数必 须是立即数。ARM立即数的是由一个8位的常数循环右移偶数位得到的，其中循环右移 的位数由一个4位2进制的两倍表示，公式如下:

immediate=immed_8&<(2*rotate_imm4) “<<”表示循环右移 简单的说一个常数如果可以由一个8位的常数循环移位偶数位得到，那么就是立即数。

为什么会有立即数这样的规定呢，这是由于所有的ARM指令是精简指令集，指令长度固定都是32位，对于ARM数据处理指令自然也是一样。数据处理指令大致可包含3类，数据传送指令、数据算术逻辑运算指令和数据比较指令。在一条ARM数据处理指令中，除了要包含处理的数据值外，还要标识ARM命令名称，控制位，寄存器等其他信息。这样在一条ARM数据处理指令中，能用于表示要处理的数据值的位数只能小于32位。

ARM在指令格式中设定，只能用指令机器码32位中的低12位来表示要操作的常数。ARM处理器是按32位来处理数据的，ARM处理器处理的数据是32位，如果简单的用这12位来表示，显然范围太小了，为了扩展到32位，因此使用了构造的方法，在12位中用8位表示基本数据值，用4位表示位移值，通过用8位基本数据值往右循环移动4位位移值*2次，来表示要操作的常数。这里要强调最终的循环次数是4位位移值乘以2得到的，所以得到的最终循环次数肯定是一个偶数，为什么要乘以2呢，实质还是因为范围不够，4位表示位移次数，最大才15次，加上8位数据还是不够32位，这样只能通过ALU的内部结构设计将4位位移次数乘以2，这样就能用12位表示32位常数了。

通过循环偶数位得的到操作数，扩大了操作数的范围，但也带来了问题，并不是每个数据都能通过8位基本数据循环移动偶数为得到，如果你在ARM数据处理指令中使用的操作数，不是立即数，比如MOV R1,#0x12345678,编译器就会报错，所以我们在使用前必须进行判断，这也是很多ARM相关求职笔试中常考的一道题目。

那怎样怎么快速判断一个数是否是立即数，对于简单的数字我们可以直接判断，比如小于255的数字肯定是立即数。对相对复杂的数字进行判断就需要先把它转换为2进制形式,然后根据定义进行判断了。我这里总结了个比较快速的方法：

1、把数据转换成二进制形式，从低位到高位写成4位1组的形式，最高位一组不够四位的，在最高位前面补0。

2、数1的个数，如果大于8个肯定不是立即数，如果小于等于8进行下面步骤。

3、如果数据中间有连续的大于等于24个0,循环左移4的倍数，使高位全为0。

4、找到最高位的1，去掉前面最大偶数个0。

5、找到最低位的1，去掉后面最大偶数个0。

6、数剩下的位数，如果小于等于8位，那么这个数就是立即数，反之就不是立即数。

针对可能现的情况，我举5个典型例子：

（1）0x4FF （2）0x122 （3）0x234 （4）0xF000000F （5）0x8000007F

例1: 0x4FF

第一步：0100 1111 1111

第二步：其中1的个数是9个，大于8个，判定不是立即数

例2： 0x122

第一步： 0001 0010 0010

第二步： 其中1的个数4个，小于8，继续

第三步： 其中没有连续大于等于24个0，继续

第四部： xx01 0010 0010 （最高位前面有3个0，最大偶数2，去掉2个0）

第五步： xx10 0011 0010 （最低位后面只有1个0，最大偶数0）

第六部： 剩下10 0011 0010 共10位，大于8，判定0x122不是立即数

例3： 0x234

第一步： 0010 0011 0100

第二步： 其中1的个数4个，小于8，继续

第三步： 其中没有连续大于等于24个0，继续

第四部： xx10 0011 0100

第五步： xx10 0011 01xx

第六部： 剩下10 0011 01 共8位，等于8，判定0x234是立即数

例4： 0xF000000F

第一步： 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

第二步： 其中1的个数8个，没有大于8，继续

第三步： 其中有连续24个0，循环左移4位，使高位全为0

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

第四部： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 1111 1111

第五步： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 1111 1111

第六部： 剩下1111 1111共8位，等于8，判定0xF000000F是立即数

例5： 0x8000007F

第一步： 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111

第二步： 其中1的个数8个，没有大于8，继续

第三步： 其中有连续24个0，循环左移4位，使高位全为0

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1000

第四部： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 0111 1111 10xx

第五步： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 0111 1111 10xx

第六部： 剩下0111 1111 10共10位，等于8，判定0x7000008F是立即数

问题还没有结束，我们在ARM汇编中如何规避立即数这个问题呢，其实可以使用ARM汇编LDR伪指令，例如直接把MOV指令变为， LDR R1，=0x12345678这样编译器就不会报错了。但这种方法也有弊端会增加开销和影响执行效率。同时ARM汇编中还有有效数的概念，比如 MOV R1,#0xFFFFFFFF 指令中 0xFFFFFFFF 不是立即数，但是是有效数，编译器最自动把原指令变换为 MVN R1,#0，也不会报错。有效数判定：原数是立即数或者原数反码是立即数。