Cópia Condicional de Dados em Assembly NASM: A Instrução CMOV

Em Assembly, a implementação de lógica condicional frequentemente utiliza um padrão de comparação (cmp) seguida por um salto condicional (jcc) para blocos de código distintos. Embora funcional, esse padrão que altera o fluxo de controle pode introduzir latências no pipeline do processador devido a falhas na predição de desvio (branch misprediction), impactando o desempenho em arquiteturas de CPU modernas.

Para otimizar esse cenário, a arquitetura x86-64 oferece um conjunto de instruções de cópia condicional (família cmovcc). Essas instruções permitem a cópia de dados de uma fonte para um destino somente se uma condição específica nos flags de status for atendida. Essencialmente, elas executam uma mov condicional sem alterar o ponteiro de instrução (RIP), evitando saltos e suas potenciais penalidades de desempenho.

A sintaxe geral é: cmovcc destination, source

Onde cc representa um dos códigos de condição que testam o estado dos flags. O operando destination deve ser um registrador, enquanto a source pode ser um registrador ou um endereço de memória.

Classificação das Instruções `

As instruções cmov espelham a funcionalidade das instruções de salto condicional e podem ser agrupadas com base nos flags que avaliam.

1. Baseadas em Flags Individuais (CF, ZF, SF, OF)

cmovc / cmovb: Copia se Carry Flag (CF=1).
cmovnc / cmovae: Copia se não há Carry (CF=0).
cmovz / cmove: Copia se Zero Flag (ZF=1).
cmovnz / cmovne: Copia se não é Zero (ZF=0).
cmovs: Copia se Sign Flag (SF=1).
cmovns: Copia se não há Sinal (SF=0).
cmovo: Copia se Overflow Flag (OF=1).
cmovno: Copia se não há Overflow (OF=0).

2. Baseadas em Comparações (Unsigned e Signed)

Para Comparações Sem Sinal (Unsigned):
- cmova (Above): Copia se op1 > op2.
- cmovb (Below): Copia se op1 < op2.
- cmovae (Above or Equal): Copia se op1 >= op2.
- cmovbe (Below or Equal): Copia se op1 <= op2.
Para Comparações Com Sinal (Signed):
- cmovg (Greater): Copia se op1 > op2.
- cmovl (Less): Copia se op1 < op2.
- cmovge (Greater or Equal): Copia se op1 >= op2.
- cmovle (Less or Equal): Copia se op1 <= op2.

Refatorando Código de Salto para cmov

O uso de cmov pode linearizar o fluxo de código, tornando-o mais eficiente.

Cenário Original: Lógica com Saltos (Linux) Este código copia 4 para rdi se a adição causar um carry, ou 2 caso contrário.

global _start
section .text
_start:
    mov al, 255
    mov bl, 3
    add al, bl      ; al = 258. CF é setado para 1.
    jc carry        ; Salto ocorre.

    mov rdi, 2      ; Código não alcançado.
    jmp exit
carry:
    mov rdi, 4      ; rdi recebe 4.
exit:
    mov rax, 60
    syscall

Versão Refatorada com cmov (Linux) Este código atinge o mesmo resultado sem desvios condicionais.

global _start
section .text
_start:
    mov al, 255
    mov bl, 3
    add al, bl          ; CF é setado para 1.

    mov rdi, 2          ; Prepara o valor padrão (caso CF=0).
    mov rdx, 4          ; Prepara o valor alternativo (caso CF=1).

    cmovc rdi, rdx      ; Se CF=1, copia rdx (4) para rdi. A condição é verdadeira.
    mov rax, 60
    syscall

Versão Refatorada com cmov (Windows) A lógica é idêntica, mas o resultado final é colocado em rax para o código de saída.

global _start
section .text
_start:
    mov al, 255
    mov bl, 3
    add al, bl          ; CF é setado para 1.

    mov rax, 2          ; Prepara o valor padrão (caso CF=0).
    mov rdx, 4          ; Prepara o valor alternativo (caso CF=1).

    cmovc rax, rdx      ; Se CF=1, copia rdx (4) para rax.
    ret

Exemplo 2: Usando cmov após uma Comparação (Linux) Este código copia 16 para rdi se rcx e rdx forem iguais, ou 8 caso contrário.

global _start
section .text
_start:
    mov rcx, 2
    mov rdx, 2
    cmp rcx, rdx         ; rcx == rdx, então ZF é setado para 1.

    mov rdi, 8           ; Valor padrão (caso ZF=0).
    mov rdx, 16          ; Valor alternativo (caso ZF=1).

    cmove rdi, rdx       ; Se ZF=1, copia rdx (16) para rdi.
    mov rax, 60
    syscall

Exemplo 2 Análogo para Windows

global _start
section .text
_start:
    mov rcx, 2
    mov rdx, 2
    cmp rcx, rdx         ; rcx == rdx, então ZF é setado para 1.

    mov rax, 8           ; Valor padrão (caso ZF=0).
    mov rdx, 16          ; Valor alternativo (caso ZF=1).

    cmove rax, rdx       ; Se ZF=1, copia rdx (16) para rax.
    ret

Resumo

As instruções cmovcc realizam uma cópia de dados se a condição especificada pelos flags do processador for verdadeira.
Elas representam uma alternativa à combinação jcc/mov, potencialmente melhorando o desempenho ao evitar desvios no fluxo de controle.
O uso de cmov resulta em um fluxo de código linear, vantajoso em arquiteturas de CPU modernas.
Um padrão comum é inicializar um registrador com um valor padrão e usar cmovcc para sobrescrevê-lo condicionalmente.