MSIL 算术指令
Microsoft Intermediate Language (MSIL) 算术指令，包括基本算术运算、位运算、类型转换和数值比较。
基本算术运算
加法指令
msil
add ; 整数/浮点数加法
add.ovf ; 有溢出检查的有符号加法
add.ovf.un ; 有溢出检查的无符号加法
; 示例：计算 a + b
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
add ; 执行加法
stloc.2 ; 存储结果到 c减法指令
msil
sub ; 整数/浮点数减法
sub.ovf ; 有溢出检查的有符号减法
sub.ovf.un ; 有溢出检查的无符号减法
; 示例：计算 a - b
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
sub ; 执行减法
stloc.2 ; 存储结果到 c乘法指令
msil
mul ; 整数/浮点数乘法
mul.ovf ; 有溢出检查的有符号乘法
mul.ovf.un ; 有溢出检查的无符号乘法
; 示例：计算 a * b
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
mul ; 执行乘法
stloc.2 ; 存储结果到 c除法指令
msil
div ; 有符号整数/浮点数除法
div.un ; 无符号整数除法
; 示例：计算 a / b
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
div ; 执行除法
stloc.2 ; 存储结果到 c取模指令
msil
rem ; 有符号整数取模
rem.un ; 无符号整数取模
; 示例：计算 a % b
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
rem ; 执行取模
stloc.2 ; 存储结果到 c取负指令
msil
neg ; 取负值
; 示例：计算 -a
ldloc.0 ; 加载 a
neg ; 取负
stloc.1 ; 存储结果到 b位运算指令
逻辑运算
msil
and ; 按位与
or ; 按位或
xor ; 按位异或
not ; 按位取反
; 示例：按位与运算
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
and ; 执行按位与
stloc.2 ; 存储结果移位运算
msil
shl ; 左移
shr ; 算术右移（有符号）
shr.un ; 逻辑右移（无符号）
; 示例：左移运算
ldloc.0 ; 加载值
ldc.i4.2 ; 加载移位位数
shl ; 左移 2 位
stloc.1 ; 存储结果类型转换指令
整数转换
msil
conv.i1 ; 转换为 int8 (sbyte)
conv.u1 ; 转换为 uint8 (byte)
conv.i2 ; 转换为 int16 (short)
conv.u2 ; 转换为 uint16 (ushort)
conv.i4 ; 转换为 int32 (int)
conv.u4 ; 转换为 uint32 (uint)
conv.i8 ; 转换为 int64 (long)
conv.u8 ; 转换为 uint64 (ulong)
conv.i ; 转换为 native int
conv.u ; 转换为 native uint浮点转换
msil
conv.r4 ; 转换为 float32 (float)
conv.r8 ; 转换为 float64 (double)
conv.r.un ; 无符号整数转换为浮点数溢出检查转换
msil
conv.ovf.i1 ; 有溢出检查转换为 int8
conv.ovf.u1 ; 有溢出检查转换为 uint8
conv.ovf.i2 ; 有溢出检查转换为 int16
conv.ovf.u2 ; 有溢出检查转换为 uint16
conv.ovf.i4 ; 有溢出检查转换为 int32
conv.ovf.u4 ; 有溢出检查转换为 uint32
conv.ovf.i8 ; 有溢出检查转换为 int64
conv.ovf.u8 ; 有溢出检查转换为 uint64
; 无符号溢出检查转换
conv.ovf.i1.un ; 无符号转换为 int8（有溢出检查）
conv.ovf.u1.un ; 无符号转换为 uint8（有溢出检查）
; ... 其他类型类似比较指令
相等比较
msil
ceq ; 相等比较（返回 0 或 1）
; 示例：比较两个值是否相等
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
ceq ; 比较是否相等
stloc.2 ; 存储结果（0 或 1）大小比较
msil
cgt ; 大于比较（有符号）
cgt.un ; 大于比较（无符号）
clt ; 小于比较（有符号）
clt.un ; 小于比较（无符号）
; 示例：检查 a > b
ldloc.0 ; 加载 a
ldloc.1 ; 加载 b
cgt ; 比较 a > b
stloc.2 ; 存储结果（0 或 1）算术运算示例
基本计算器
msil
.method public static int32 Calculate(int32 a, int32 b, int32 operation) cil managed
{
.maxstack 2
.locals init ([0] int32 result)
; 加载操作数
ldarg.0 ; 加载 a
ldarg.1 ; 加载 b
; 根据操作类型执行运算
ldarg.2 ; 加载 operation
ldc.i4.1
beq.s add_operation
ldarg.2
ldc.i4.2
beq.s sub_operation
ldarg.2
ldc.i4.3
beq.s mul_operation
ldarg.2
ldc.i4.4
beq.s div_operation
; 默认返回 0
pop
pop
ldc.i4.0
ret
add_operation:
add
ret
sub_operation:
sub
ret
mul_operation:
mul
ret
div_operation:
div
ret
}数学函数示例
msil
.method public static int32 Abs(int32 value) cil managed
{
.maxstack 2
ldarg.0 ; 加载 value
dup ; 复制值
ldc.i4.0 ; 加载 0
clt ; 检查是否小于 0
brfalse.s positive ; 如果不小于 0，跳转到 positive
neg ; 取负值
ret
positive:
ret ; 直接返回正值
}位操作示例
msil
.method public static bool IsPowerOfTwo(int32 value) cil managed
{
.maxstack 3
; 检查 value > 0 && (value & (value - 1)) == 0
ldarg.0 ; 加载 value
ldc.i4.0
cgt ; value > 0
brfalse.s not_power_of_two
ldarg.0 ; 加载 value
ldarg.0 ; 加载 value
ldc.i4.1
sub ; value - 1
and ; value & (value - 1)
ldc.i4.0
ceq ; 结果是否等于 0
ret
not_power_of_two:
ldc.i4.0 ; 返回 false
ret
}浮点运算
浮点数算术
msil
.method public static float64 CalculateDistance(float64 x1, float64 y1, float64 x2, float64 y2) cil managed
{
.maxstack 4
; 计算 sqrt((x2-x1)^2 + (y2-y1)^2)
ldarg.2 ; x2
ldarg.0 ; x1
sub ; x2 - x1
dup
mul ; (x2 - x1)^2
ldarg.3 ; y2
ldarg.1 ; y1
sub ; y2 - y1
dup
mul ; (y2 - y1)^2
add ; (x2-x1)^2 + (y2-y1)^2
call float64 [mscorlib]System.Math::Sqrt(float64)
ret
}浮点数比较
msil
.method public static bool IsNearlyEqual(float64 a, float64 b, float64 epsilon) cil managed
{
.maxstack 3
; 计算 |a - b| < epsilon
ldarg.0 ; a
ldarg.1 ; b
sub ; a - b
call float64 [mscorlib]System.Math::Abs(float64)
ldarg.2 ; epsilon
clt ; |a - b| < epsilon
ret
}溢出处理
安全算术运算
msil
.method public static int32 SafeAdd(int32 a, int32 b) cil managed
{
.maxstack 2
.try
{
ldarg.0
ldarg.1
add.ovf ; 有溢出检查的加法
ret
}
catch [mscorlib]System.OverflowException
{
pop ; 弹出异常对象
ldc.i4 2147483647 ; 返回 int.MaxValue
ret
}
}无符号运算
msil
.method public static uint32 UnsignedDivide(uint32 a, uint32 b) cil managed
{
.maxstack 2
ldarg.0
ldarg.1
div.un ; 无符号除法
ret
}类型转换示例
安全类型转换
msil
.method public static int32 SafeFloatToInt(float64 value) cil managed
{
.maxstack 1
.try
{
ldarg.0
conv.ovf.i4 ; 有溢出检查的转换
ret
}
catch [mscorlib]System.OverflowException
{
pop ; 弹出异常对象
ldc.i4.0 ; 返回默认值
ret
}
}字节数组转换
msil
.method public static int32 BytesToInt(uint8[] bytes, int32 startIndex) cil managed
{
.maxstack 4
; 假设小端序：bytes[0] + (bytes[1] << 8) + (bytes[2] << 16) + (bytes[3] << 24)
ldarg.0 ; bytes
ldarg.1 ; startIndex
ldelem.u1 ; bytes[startIndex]
conv.i4
ldarg.0 ; bytes
ldarg.1 ; startIndex
ldc.i4.1
add ; startIndex + 1
ldelem.u1 ; bytes[startIndex + 1]
conv.i4
ldc.i4.8
shl ; << 8
or
ldarg.0 ; bytes
ldarg.1 ; startIndex
ldc.i4.2
add ; startIndex + 2
ldelem.u1 ; bytes[startIndex + 2]
conv.i4
ldc.i4 16
shl ; << 16
or
ldarg.0 ; bytes
ldarg.1 ; startIndex
ldc.i4.3
add ; startIndex + 3
ldelem.u1 ; bytes[startIndex + 3]
conv.i4
ldc.i4 24
shl ; << 24
or
ret
}性能优化
常量折叠
msil
; 编译时优化：常量表达式
; 源代码：int result = 10 + 20 * 3;
; 优化前：
ldc.i4 10
ldc.i4 20
ldc.i4.3
mul
add
; 优化后：
ldc.i4 70 ; 编译器计算 10 + 20 * 3 = 70强度削减
msil
; 乘以 2 的幂次优化
; 优化前：乘以 8
ldloc.0
ldc.i4.8
mul
; 优化后：左移 3 位
ldloc.0
ldc.i4.3
shl ; 更快的位移操作除法优化
msil
; 除以 2 的幂次优化
; 优化前：除以 4
ldloc.0
ldc.i4.4
div
; 优化后：右移 2 位（仅适用于正数）
ldloc.0
ldc.i4.2
shr数值精度考虑
浮点数精度
msil
; 避免浮点数精度问题
.method public static bool FloatEquals(float32 a, float32 b) cil managed
{
.maxstack 3
ldarg.0
ldarg.1
sub ; a - b
call float32 [mscorlib]System.Math::Abs(float32)
ldc.r4 1e-6 ; 小的 epsilon 值
clt ; |a - b| < epsilon
ret
}