自從個人計算機發(fā)明以來，軟件開發(fā)人員使用x86匯編語言為各種各樣的算法挑戰(zhàn)提供了創(chuàng)新的解決方案。在PC時代的早期，軟件開發(fā)人員常常會使用x86匯編語言編寫程序的大部分代碼甚至完整的應用程序�？紤]到21世紀流行的高級語言（例如C 、C#、Java和Python），我們可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，許多軟件開發(fā)人員仍然使用匯編語言來對程序的關(guān)鍵性能部分進行編碼。盡管編譯器多年以來有了顯著的改進，能夠生成空間效率和時間效率都很高的機器代碼，但仍然存在這樣的場景：軟件開發(fā)人員有必要利用匯編語言編程的優(yōu)越特點。
現(xiàn)代x86處理器的單指令多數(shù)據(jù)（Single-Instruction Multiple-Data，SIMD）體系結(jié)構(gòu)從另一個方面解釋了人們?yōu)楹螌�匯編語言程序有著經(jīng)久不衰的興趣。支持SIMD的處理器提供了計算資源，有助于使用多個數(shù)據(jù)值同時進行計算，對于那些必須提供實時響應的應用程序而言，可以顯著提高性能。SIMD體系結(jié)構(gòu)也非常適合計算密集型問題領域，例如圖像處理、音頻和視頻編碼、計算機輔助設計、計算機圖形學和數(shù)據(jù)挖掘。遺憾的是，許多高級語言和開發(fā)工具仍然無法完全或者部分地利用現(xiàn)代x86處理器的SIMD功能。相反，匯編語言則使軟件開發(fā)人員能夠充分利用處理器的SIMD計算資源。
現(xiàn)代x86匯編語言程序設計
本書是一本關(guān)于x86 64位（x86-64）匯編語言程序設計的教科書。本書的內(nèi)容和組織旨在幫助讀者快速理解x86-64匯編語言程序設計以及高級向量擴展（Advanced Vector Extension，AVX）的計算資源。本書還包含大量的源代碼，這些源代碼有助于讀者學習和理解基本的x86-64匯編語言結(jié)構(gòu)和SIMD編程概念。通過閱讀本書，讀者將能夠使用x86-64匯編語言以及AVX、AVX2和AVX-512指令集編寫性能增強的函數(shù)和算法。
在繼續(xù)學習之前，應該明確指出，本書不包括x86-32匯編語言程序設計。本書也不討論傳統(tǒng)的x86技術(shù)，例如x87浮點單元、MMX和數(shù)據(jù)流SIMD擴展指令集。如果讀者對這些主題感興趣，可以參考本書第1版中的相關(guān)內(nèi)容。本書沒有解釋操作系統(tǒng)中使用的x86體系結(jié)構(gòu)特性或者特權(quán)指令。但是，讀者需要完全理解本書中介紹的內(nèi)容，才能開發(fā)用于操作系統(tǒng)的x86匯編語言代碼。
雖然理論上我們可以使用匯編語言編寫整個應用程序，但現(xiàn)代軟件開發(fā)的苛刻要求使得這種方法不切實際，而且也不明智。作為替代，本書重點介紹如何編寫x86-64匯編語言函數(shù)，這些函數(shù)可以被C 程序調(diào)用。本書使用微軟的Visual Studio C 和微軟宏匯編程序（MASM）編寫所有的源代碼示例程序。
目標讀者
本書的目標讀者是軟件開發(fā)人員，包括：
正在為基于Windows的平臺開發(fā)應用程序并希望學習如何使用x86-64匯編語言編寫性能增強算法和函數(shù)的軟件開發(fā)人員。
為非Windows環(huán)境開發(fā)應用程序并希望學習x86-64匯編語言編程的軟件開發(fā)人員。
希望學習如何使用AVX、AVX2和AVX-512指令集創(chuàng)建SIMD計算函數(shù)的軟件開發(fā)人員。
希望或者需要更好地了解x86-64平臺及其SIMD體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)人員和計算機科學專業(yè)的學生。
本書的主要目標讀者是Windows軟件開發(fā)人員，因為源代碼示例是使用Visual Studio C 和MASM開發(fā)的。由于本書大部分內(nèi)容是獨立于特定操作系統(tǒng)而組織和呈現(xiàn)的，因此非Windows平臺的軟件開發(fā)人員也可以從本書中受益。我們假設本書的讀者已經(jīng)具備其他高級語言的編程經(jīng)驗，并且對C 有基本的了解，但不需要熟悉Visual Studio或者Windows編程。
內(nèi)容概述
本書的主要目的是幫助讀者學習x86 64位匯編語言程序設計，以及AVX、AVX2和AVX-512指令集。本書的架構(gòu)和內(nèi)容都是為實現(xiàn)這一目標而設計的。下面將簡單概述各章的學習內(nèi)容。
第1章介紹x86-64平臺的Core（核心）體系結(jié)構(gòu)，包括對平臺的基本數(shù)據(jù)類型、內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)、寄存器集、指令操作數(shù)和內(nèi)存尋址模式的討論，該章還描述了Core x86-64指令集。第2章和第3章解釋使用Core指令集和常見編程結(jié)構(gòu)（包括數(shù)組和結(jié)構(gòu)）進行x86-64匯編語言編程的基本原理。這兩章（以及后續(xù)章節(jié)）中提供的源代碼示例被打包為可運行的程序，這意味著讀者可以運行、修改或者以其他方式嘗試運行代碼，從而增強學習體驗。
第4章重點討論AVX的體系結(jié)構(gòu)資源，包括寄存器集、數(shù)據(jù)類型和指令集。第5章闡述如何利用AVX指令集使用單精度值和雙精度值執(zhí)行標量浮點運算。第6章和第7章闡述使用打包浮點數(shù)（packed floating-point）和打包整數(shù)（packed integer）操作數(shù)的AVX SIMD程序設計。
第8章介紹AVX2，并探討了其增強功能，包括數(shù)據(jù)廣播、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)排列。第8章還將闡述乘法加法融合（Fused-Multiply-Add，F(xiàn)MA）操作。第9章和第10章包含源代碼示例，舉例說明了使用AVX2的針對打包浮點數(shù)和打包整數(shù)操作數(shù)的各種算法。第11章包括演示FMA編程的源代碼示例，該章還將介紹使用通用寄存器解釋x86平臺擴展的示例。
第12章深入研究AVX-512體系結(jié)構(gòu)的細節(jié)，介紹AVX-512的寄存器集和數(shù)據(jù)類型。該章還將闡述關(guān)鍵的AVX-512增強功能，包括條件執(zhí)行和合并、嵌入式廣播操作、指令級舍入。第13章和第14章包含許多源代碼示例，用以演示如何利用這些高級功能。
第15章概述現(xiàn)代x86多核處理器及其底層微體系結(jié)構(gòu)。該章還將概述可用于提高x86匯編語言代碼性能的特定編碼策略和技術(shù)。第16章討論一些源代碼示例，這些示例說明了高級x86匯編語言編程技術(shù)，包括處理器特性檢測、加速內(nèi)存訪問和多線程計算。
附錄A描述了如何使用Visual Studio和MASM執(zhí)行源代碼示例。附錄A還給出了一個引用和資源列表，讀者可以參閱這些資源，以獲得有關(guān)x86匯編語言編程的更多信息。
源代碼
讀者可以在Apress的官網(wǎng)（https://www.apress.com/us/book/9781484240625）上找到本書源代碼的下載信息。每一章的源代碼都對應一個壓縮文件，其中包含C 源代碼文件和匯編語言源代碼文件以及Visual Studio項目文件。壓縮文件中沒有提供可執(zhí)行的安裝程序。讀者只需將每一章源代碼壓縮文件的內(nèi)容解壓到自己選擇的文件夾中。
注意事項　源代碼的目的是闡明與本書中所討論的主題直接相關(guān)的編程示例。源代碼很少涉及基本的軟件工程問題，例如魯棒錯誤處理、安全風險、數(shù)值穩(wěn)定性、舍入誤差、錯誤條件函數(shù)。如果讀者決定在自己的程序中使用本書的源代碼，那么需要處理這些問題。
源代碼示例是在運行Windows 10 Pro 64位的PC上使用Visual Studio Professional 2017（版本15.7.1）創(chuàng)建的。Visual Studio官網(wǎng)（https://visualstudio.microsoft.com）包含有關(guān)此版本和Visual Studio其他版本的詳細信息。有關(guān)Visual Studio安裝、配置和應用程序開發(fā)的詳細技術(shù)信息，請訪問https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/?view=vs-2017。
如果要運行源代碼示例，那么推薦的硬件平臺是一臺基于x86的PC，裝有Windows 10 64位操作系統(tǒng)，包含一個支持AVX的處理器。如果要運行使用AVX2或者AVX-512指令集的源代碼示例，則需要一個與AVX2或者AVX-512兼容的處理器。讀者可以使用附錄A中列出的免費實用程序，以確定自己的PC支持哪些x86-AVX指令集擴展。
其他資源
AMD和英特爾都提供了一系列包羅廣泛的與x86相關(guān)的編程文檔。附錄A列出了一些重要的資源，無論是新手還是經(jīng)驗豐富的x86匯編語言程序員，都會發(fā)現(xiàn)這些資源非常有用。在附錄A列出的所有資源中，有價值的參考資料是Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developers Manual-Combined Volumes: 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 3D, and 4中的第2卷（https://www.intel.com/content/www/us/en/processors/architectures-softwaredeveloper-manuals.html）。該手冊包含每個x86處理器指令的編程信息大全，包括詳細的操作說明、有效操作數(shù)的列表、受影響的狀態(tài)標志和潛在異常。強烈建議讀者在開發(fā)自己的x86匯編語言代碼來驗證正確的指令用法時，充分利用這個不可或缺的參考資源。
致謝
書籍的出版和電影的制作有些類似。電影預告片頌揚主角的演技，而書籍封面宣揚作者的名氣。演員和作者的努力終獲得了公眾的贊譽。然而，如果沒有專業(yè)幕后團隊的奉獻精神、專業(yè)知識和創(chuàng)造能力，就不可能成功創(chuàng)作一部電影或者出版一本書籍。本書也不例外。
首先感謝Apress才華橫溢的編輯團隊所做的努力，特別感謝Steve Anglin、Mark Powers和Matthew Moodie。Paul Cohen一絲不茍的技術(shù)評審和切實可行的建議也非常值得稱贊。還要稱贊和肯定的是校對編輯Ed Kusswurm的辛勤工作和建設性的反饋。本書中的任何疏漏和不足完全由我本人負責。
我還要感謝Nirmal Selvaraj、Dulcy Nirmala、Kezia Endsley、Dhaneesh Kumar以及Apress所有制作人員所做的貢獻。感謝各位同事的支持和鼓勵。后，感謝我的父母Armin（RIP）和Mary以及兄弟姐妹Mary、Tom、Ed和John，感謝他們在本書寫作過程中的鼓勵和支持。