8086汇编语言学习(七) 8086跳转指令

8086跳转指令

　　目前为止，我们的程序的指令执行都是线性的，从上到下，由CPU自动的增加IP的值，顺序的执行指令。但对于复杂的需求，只有线性的指令执行方式是远远不够的。

　　对于高级语言，有着如if/else的逻辑跳转分支，如for/while的循环结构，还有函数子程序的调用与返回等等。正是有了这些能够控制程序执行指令的不同方式，才能具有足够的表达能力，满足足够复杂的需求，成为一门图灵完备的语言。那么上述的逻辑跳转、循环，在基于图灵机的CPU硬件上是如何实现的呢？通过8086汇编的跳转指令的学习，我们得以一窥究竟。

　　CPU是通过CS:IP来获取下一条指令的值，那么通过指令修改CS、IP这两个寄存器的值，便可以控制CPU所执行的指令了。可由于控制CPU执行指令的CS、IP十分的关键，因此8086并不允许像其它普通的寄存器一般使用mov等指令对CS、IP修改(mov IP,1000H是非法的)，而是提供了专门的指令来控制CS、IP的值，这一类指令被称为8086跳转指令。

　　跳转指令按照类型可以分为五种：无条件跳转指令、有条件跳转指令、循环指令、过程调用与返回指令以及中断指令。

无条件跳转指令(jmp)

　　jmp既可以只修改IP，也可以同时修改CS和IP。作为跳转指令，在编程时需要指定跳转的位置，进而修改CS/IP的值。

段内转移

　　段内短转移(IP 变化-128~127)：段内短转移的格式为 jmp short [标号]。

assume cs:codesg

codesg segment
    start:mov ax,0
          jmp short s
          add ax,1
        s:inc ax
codesg ends
 
end start

　　段内近转移(IP 变化-32768~32767)：当所要跳转的间隔大于短转移的时候，就需要使用段内近转移。段内近转移和短转移类似，格式为 jmp near ptr [标号]。

　　段内转移只修改IP，不修改CS的值。

段间转移

　　当跳转的间隔超过了段内近转移的限制时，就需要使用段间转移了。段间转移的格式为jmp far ptr [标号]。和内存寻址一样，jmp指令所要跳转的位置也可以通过寄存器或是指令中的立即数指定。

jmp寄存器跳转

　　jmp [16位寄存器] 例如 jmp ax，寄存器跳转属于段内跳转。

jmp内存跳转　　

　　jmp word ptr [内存单元地址] 例如： jmp word ptr 2345H，jmp word ptr [bx] ，[]内只要是符合内存寻址方式的语法皆可。jmp word ptr处理的是16位数，属于段内转移。

　　jmp dword ptr [内存单元地址]  jmp dword ptr和jmp word ptr类似，只不过会将对应地址的处的两个字/四字节的数据作为偏移地址，其中IP等于指定的内存地址，CS等于指定的内存地址+2(示例)。jmp dword ptr处理的是32位数，属于段间转移。

跳转指令原理

　　就转移指令的实现原理来看，段内转移是通过相对地址偏移量来控制的。段内短转移可以使得IP偏移2^8的范围，即(-128~127)，而段内近转移可以使得IP偏移2^16的范围，即(-32768~32767)。 

　　8086的CPU是16位的，在20位的寻址范围内进行更大幅度的跳转，16位的偏移地址是不够的，因此段间转移的指令是通过绝对地址来实现的。

　　虽然理论上段内转移都可以使用段间转移来实现，但是由于不同的跳转指令所占用的内存空间是不一样的（段内短转移=8位指令+8位偏移地址=16bit，段内近转移=8位指令+16位偏移地址=24bit，段间转移=8位指令+16位段地址+16位偏移地址=40bit）。所以编程时，在满足需求的前提下还是尽可能的使用更简单，更节约内存的无条件跳转指令，提高效率。

　　jmp是最直接的无跳转指令，类似于C语言的goto。对于喜欢结构化编程的人来说，goto的跳转过于灵活很容易使得大项目中代码变得晦涩混乱，但是汇编程序所构建的项目不会特别大，jmp还是非常直接和方便的。(从另一个角度看，正是因为汇编语言的抽象能力不够强，导致很难构建出足够大型、复杂同时还很可靠的程序)

有条件跳转指令(jcxz)

　　jcxz有条件跳转指令，类似于段内短跳转jmp short，所能变化的ip范围同样为(-128~127)。格式为 jcxz [标号]。唯一的不同在于，只有当满足条件寄存器cx=0时，才会进行跳转，否则就和正常情况一样IP自增，按顺序执行下一条指令，这也是jcxz被称为有条件跳转指令的原因(只有满足条件才进行跳转)。

　　需要特别注意的是，通用寄存器ax/bx/cx/dx并不是完全等价的，在某些场合下会具有一些特别的作用，例如上述jcxz便依赖寄存器cx。其作用可以从寄存器的全名中可见一斑，ax/bx/cx/dx并不是英文字母abcd的简称，而分别是accumulate-register累加寄存器、based-register基地址寄存器、count-register计数寄存器、data-register 数据寄存器。　

　　ax accumulate-register累加寄存器：ax一般用于存放算术、逻辑运算中的操作数或结果。同时I/O指令也都需要使用ax与外设接口传递数据。

　　bx based-register基地址寄存器 ：bx一般用于存放访问内存时的地址。在8086内存寻址时，指定偏移地址时有提到过。

　　cx count-register计数寄存器：cx一般用于有条件跳转、循环、串操作指令。jcxz和loop循环等指令都依赖于cx寄存器。

　　dx data-register 数据寄存器：dx一般用于寄存器间接寻址中的I/O指令中存放I/O端口的地址。

循环指令(loop)

　　循环指令同样依赖寄存器cx。格式为loop [标号]。loop指令的语义是，首先将cx自减1，如果cx不为0，则跳转至标号处。否则什么也不做，离开循环，顺序执行下移。

　　循环指令的跳转范围和有条件跳转指令一样，ip的变化范围为(-128~127)。

用C风格的伪代码表示为：

cx--;
if(cx == 0){
    jmp short 【标号】
}else{
    顺序执行下一条指令
}

过程调用/返回以及中断指令(call/ret、int等)　　

　　过程调用以及CPU处理硬件中断时，同样涉及到了程序执行指令的跳转，分别对应了过程调用/返回指令(例如 call/ret)，中断指令(例如 int)。

　　基于内容的相关性，过程调用会在后面的8086汇编子程序进行详细介绍，而中断指令则会在中断相关部分进行展开。

总结　　

　　不同的跳转指令都有着跳转间隔的限制，如果超出了跳转指令所约定的范围，则编译器会在编译时发现并报错。

　　跳转指令，特别是无条件跳转指令需要慎用，无所顾及的使用跳转指令很容易使得程序的可读性降低，变成一团剪不断，理还乱的面团。这在高级语言程序的开发中同样适用，人的大脑所能同时理解的内容是有限的，必须通过合理的抽象将复杂程序构建成有着良好结构的黑箱子。而随意的全局变量和不必要的输入/输出则会破坏这种模块化的结构，使人费解，在迭代中逐步脱离开发人员的控制，变成一个吞噬时间的无底洞。