汇编语言符号扩展指令及应用示例

1. 什么是符号扩展？为什么要用符号扩展？

       所谓符号扩展，就是将数据的表示大小加倍，数值仍保持不变，即将符号位扩展到同样大小的寄存器空间中去，由两部分构成一个比原值表示大一倍的数。正数必须要0扩展，负数必须用1扩展。

为什么要进行符号扩展呢？有些指令对操作数位数的要求，例如倍长于除数的被除数，再如将数据位数加长以减少计算过程中的误差。另外，除法运算中规定

除数是BYTE,被除数AX,商存放在AL,余数放在AH

除数是WORD,被除数DX:AX,商存放在AX,余数放在DX

除数是DWORD,被除数EDX:EAX,商存放在EAX,余数放在EDX

被除数总是除数和商的两倍大小，由于余数的符号取决于被除数的符号，计算之后的余数存放在AH,DX,或者EDX中，那么执行除法之前，先将被除数的符号扩展到余数存放寄存器中，这也要求符号扩展。

        事实上，在汇编语言里面，有符号数与无符号数计算，很多地方都分成了两套指令，进位与符号操作，都交由程序员来判断和操作，符号扩展正是这一设计思想的体现。

2． 符号扩展指令及应用示例

2.1  CBW(Convert Byte to Word):

规定将AL中的符号扩展到AX中，这是规定死的，执行这个指令就将AL中的符号扩展到AX中了。通过符号扩展，将AL的操作数大小扩大1倍，字节表示的数用字表示，将结果存入AX中。将AL中的符号位第7位，复制到AH中的每一位。例如

XOR EAX,EAX

MOV AL,-128

此时EAX=0x80二进制10000000

CBW

此时EAX=0xFF80进制11111111 10000000符号位1,高8位用符号位1全部填充。

2.2  CWD(Convert Word to Doubleword):

规定将AX中的符号扩展到DX中，执行这个指令就将AX中的符号扩展到DX中了，那为什么不直接将AX中的符号扩展到EAX中，而要那么麻烦的扩展到DX中，再用DX:AX来表示一个有符号数呢，例如，后面的CWDE就是这么干的？估计是在符号扩展指令出来时，还没有32位机，如8086就是16位cpu，也就没有EAX寄存器，只能用两个16位寄存器来表示32位数了，后续32位为了兼容16位时写的程序，也就保留了这种操作方法。另外用于在有符号除法运算中，AX存放商，DX存放余数，不将符号扩展到DX中，IDIV指令是不会将负号自动填进去的，会使用计算结果不正确。

通过符号扩展，将AX中的操作数大小扩大1倍，字表示的数用双字表示，将结果存入DX:AX中，用两个字寄存器存储1个双字的数。例如

XOR EAX,EAX

XOR EDX,EDX

MOV AX,-32768

此时AX=0x8000二进制10000000 00000000

CWD

此时AX=0x8000进制10000000 00000000符号位1，而DX=0xFFFF,即符号位1被填充到了DX。

2.3  CDQ(Convert Doubleword to Quadword)：

规定将EAX中的符号扩展到EDX中，执行这个指令就将EAX中的符号扩展到EDX中了。同样，当两个32位有符号数相乘时，符号位就超出了32位表示的范围，像前一样，用两个寄存器EDX:EAX来表示这个乘法的结果，从而得到正确的计算结果。同理，64位出现后，为了兼容32位的程序，也保留了这种操作。同样,在有符号除法运算中，EAX存放商，EDX存放余数，不将符号扩展到EDX中，IDIV指令是不会将负号自动填进去的，会使用计算结果不正确。通过符号扩展，将EAX中的操作数大小扩大1倍，双字表示的数用四字表示，将结果存入EDX:EAX中，用两个双字寄存器存储1个四字的数。例如

XOR EAX,EAX

XOR EDX,EDX

MOV EAX, -2147483648

此时EAX=0x8000 0000二进制10000000 00000000 00000000 00000000

CWD

此时EAX=0x80000000进制10000000 00000000 00000000 000000000符号位1，而EDX=0xFFFFFFFF,即符号位1被填充到了EDX。

2.4  CQO(Convert Quadword to )

     规定将RAX中的符号扩展到RDX中去，这是64位cpu模式下使用的指令。用以表示128位的数据，因为两个64位数操乘法运算超过64位的范围，采用以上的表示方法。同样,在有符号除法运算中，RAX存放商，RDX存放余数，不将符号扩展到RDX中，IDIV指令是不会将负号自动填进去的，会使用计算结果不正确。通过符号扩展，将RAX中的操作数大小扩大1倍，四字表示的数用八字表示，将结果存入RDX:RAX中，用两个四字寄存器存储1个八字的数。例如

XOR RAX,RAX

XOR RDX,RDX

MOV RAX, -9223372036854775808

此时RAX=0x8000000000000000二进制

1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

CQO

此时RAX=0x8000000000000000 符号位1，而RDX=0xFFFFFFFFFFFFFFFF,即符号位1被填充到了RDX。

 

2.5  CWDE(Convert Word to Doubleword):

这个E(Extension)应该是指相对于CWD的扩展，是稍后面加的指令，CWD指令出现的时间比CWD早。规定将AX中的符号扩展到EAX中，执行这个指令就将AX中的符号扩展到EAX中了。

CWDE同CWD，只是符号位是直扩展到EAX的高16位中了。

2.6  CDQE(Convert Doubleword to Quadword)：

    这个E(Extension)应该是指相对于CWQ的扩展，同样，CWD指令出现的时间比CDQE早。

规定将EAX中的符号扩展到RAX中，执行这个指令就将EAX中的符号扩展到RAX中了。

    CDQE同CDQ，符号被扩展到RAX的高32位中了。

2.7 MOVZX指令将源操作数的内容复制到目的操作数中，并将该值零扩展至16位或32位。该指令仅适用于无符号整数。

为什么要有这个指令呢，因为MOV指令不能将一个较小的操作数复制到一个较大的操作数。

类为MOV指令要求两个操作数必须一样大。比如将一个较小的操作数在寄存上执行MOV操作，则寄存器的高位没有被覆盖，这个时候我们取整个寄存器值作为MOV的结果是不对的，例如

data1 BYTE 1

data2 WORD ?

XOR EAX,EAX

MOV AX,0FFFFH

MOV AL,data1

MOV data2,AX

这个时候,data2变成了FF01，而不是1。要得到正确的结果，可以有多种方法

比如，先将高位清零

XOR EAX,EAX

MOV AL,data1

MOV data2,AX

这样data2=1了

或者就直接使用这个指令

MOV AX,0FFFFH

MOVZX AX,data1

MOV data2,AX

2.8 MOVSX指令将源操作数的内容复制到目的操作数中，并将该值符号扩展至16位或32位。该指令仅适用于有符号整数。例如

data1 SBYTE -1

data2 SWORD ?

XOR RAX,RAX

MOV AL,data1

MOV data2,AX

这个时候,data2的值为255了，而不是-1，也就是MOV并没有把FF当成有符号数，而是当作值了，那么用MOVSZ就不一样了。

XOR RAX,RAX

MOVSX AX,data1

MOV data2,AX

这个时候data2=-1，是正确的结果。