汇编语言学习笔记——5

汇编语言学习[2018-05-14]，第 5 天

汇编语言的条件移动数据指令

CMOV指令

指令格式

cmovx source, destination

cmov指令基于EFLAGS寄存器做条件判断，用于条件判断的位如下：

EFLAGS寄存器的位	数据类型指示	数据类型描述
CF	Carry flag	A mathematical expression has created a carry or borrow
OF	Overflow flag	An integer value is either too large or too small
PF	Parity flag	The register contains corrupt data from a mathematical operation
SF	Sign flag	Indicates whether the result is negative or positive
ZF	Zero flag	The result of the mathematical operation is zero

无符号的条件移动指令

指令对	指令描述	EFLAGS寄存器条件
CMOVA/CMOVNBE	大于/不小于等于	(CF or ZF) = 0
CMOVAE/CMOVNB	大于等于/不小于	CF=0
CMOVNC	Not carry	CF=0
CMOVB/CMOVNAE	小于/不大于等于	CF=1
CMOVC	Carry	CF=1
CMOVBE/CMOVNA	小于等于/不大于	(CF or ZF) = 1
CMOVE/CMOVZ	等于/zero	ZF=1
CMOVNE/CMOVNZ	不等于/zero	ZF=0
CMOVP/CMOVPE	Parity/parity even	PF=1
CMOVNP/CMOVPO	Not parity/parity odd	PF=0

有符号的条件移动指令

指令对	指令描述	EFLAGS寄存器条件
CMOVGE/CMOVNL	大于等于/不小于	(SF xor OF)=0
CMOVL/CMOVNGE	小于/不大于等于	(SF xor OF)=1
CMOVLE/CMOVNG	小于等于/不大于	CMOVLE/CMOVNG
CMOVO	Overflow	OF=1
CMOVNO	Not overflow	OF=0
CMOVS	Sign (negative)	SF=1
CMOVNS	Not sign (non-negative)	SF=0

条件移动指令的示例代码

    movl value, %ecx
    cmp %ebx, %ecx
    cmova %ecx, %ebx

* 注意：Remember that in AT&T syntax, the order of the operands in the CMP and CMOVA instructions are reversed from the Intel documentation. This can be confusing. *

交互数据

指令	指令描述
XCHG	Exchanges the values of two registers, or a register and a memory location
BSWAP	Reverses the byte order in a 32-bit register
XADD	Exchanges two values and stores the sum in the destination operand
CMPXCHG	Compares a value with an external value and exchanges it with another
CMPXCHG8B	Compares two 64-bit values and exchanges it with another

XCHG指令

指令格式

xchg operand1, operand2

指令描述

• XCHG指令可以交互两个寄存器的数据，或者是一个寄存器一个内存地址的数据；
• operand1 和 operand2都可以为通用寄存器或内存地址，两个不能同时为内存地址；
• 指令可用于8、16、32位通用寄存器，两个操作数的位数必须一致 ；
• 如果其中一个操作数是内存地址，处理器的LOCK信号会自动设置，防止数据交换期间其他处理器操作内存 ；
• 注意：当使用XCHG指令，操作内存地址时，LOCK处理会非常耗时，性能很差 ；

BSWAP指令

指令格式

bswap operand1

指令描述

• 调整寄存器的字节顺序 ；
• 地位字节（0位~7位）与高位字节（24位~31位）交换位置 ；
• 次地位字节（8位~15位）与次高位字节（16位~23位）交换位置 ；
• 只是调整字节位置，不是颠倒位 ；

指令示例

    # swaptest.s – An example of using the BSWAP instruction
    .section .text
    .globl _start
    _start:
    nop
    movl $0x12345678, %ebx
    bswap %ebx
    movl $1, %eax
    int $0x80

    # bswap %ebx执行后，$ebx的值为：0x78563412

XADD指令

指令格式

xadd source, destination

指令描述

• XADD指令用于交换两个寄存器，或者一个内存地址一个寄存器的值，并且将两个值相加，保存到目标操作数（寄存器或者内存地址）；
• 源操作数必须是寄存器 ，目标操作数可以是寄存器或者内存地址，保存相加结果；
• 寄存器可以是8、16、32位 ；

CMPXCHG指令

指令格式

cmpxchg source, destination

指令描述

• CMPXCHG指令将目标操作数与EAX、AX、AL比较，如果值相等，源操作数的值将被载入目标操作数；如果不相等，目标操作数的值将载入EAX、AX、AL中 ；
• 目标操作数可以是8、16、32位寄存器或者内存地址 ；
• 源操作数必须是寄存器 ，位数与目标寄存器匹配；

CMPXCHG8B指令

指令格式

cmpxchg8b destination

指令描述

• cmpxchg8b 和CMPXCHG指令类似，不同的是cmpxchg8b指令用于操作8字节操作数 ；
• 目标操作数是一个内存地址 ，8字节的内存值与EDX 和 EAX寄存器保存的8字节值比较（EDX高位，EAX地位）；
• 如果值相等，ECX:EBX寄存器对中的值会载入到目标操作数的内存地址中 ；
• 如果不相等，目标操作数内存地址中的8字节值会被载入到EDX:EAX寄存器对中 ；

使用数据交换指令的示例

    # bubble.s - An example of the XCHG instruction
    .section .data
    values:
    .int 105, 235, 61, 315, 134, 221, 53, 145, 117, 5
    .section .text
    .globl _start

    _start:
        movl $values, %esi
        movl $9, %ecx
        movl $9, %ebx
    loop:
        movl (%esi), %eax
        cmp %eax, 4(%esi)
        jge skip
        xchg %eax, 4(%esi)
        movl %eax, (%esi)
    skip:
        add $4, %esi
        dec %ebx
        jnz loop
        dec %ecx
        jz end
        movl $values, %esi
        movl %ecx, %ebx
        jmp loop
    end:
        movl $1, %eax
        movl $0, %ebx
        int $0x80

    #示例代码是排序算法——冒泡法，同下面的高级语言代码
    for(out = array_size-1; out>0, out--)
    {
        for(in = 0; in < out; in++)
        {
            if (array[in] > array[in+1])
                swap(array[in], array[in+1]);
        }
    }

Stack栈

栈描述

• 栈是一个特殊的颠倒的用于存放数据的区域，特殊的地方是栈的数据放入和移除的方式 ；
• 通常程序是从内存低位向内存高位保存数据，栈是相反的，从内存高位向内存低位保存数据；

PUSH入栈指令

指令格式

pushx source

x表示数据大小（l，32位；w，16位）

PUSH指令可以操作的数据元素

• 16-bit register values
• 32-bit register values
• 16-bit memory values
• 32-bit memory values
• 16-bit segment registers
• 8-bit immediate data values
• 16-bit immediate data values
• 32-bit immediate data values

    # 示例
    pushl %ecx # puts the 32-bit value of the ECX register on the stack
    pushw %cx # puts the 16-bit value of the CX register on the stack
    pushl $100 # puts the value of 100 on the stack as a 32-bit integer value
    pushl data # puts the 32-bit data value referenced by the data label
    pushl $data # puts the 32-bit memory address referenced by the data label

POP出栈指令

指令格式

popx destination
x表示数据大小（l，32位；w，16位）

POP指令可以操作的数据元素

• 16-bit registers
• 16-bit segment registers
• 32-bit registers
• 32-bit registers
• 32-bit memory locations

    # 示例
    popl %ecx # place the next 32-bits in the stack in the ECX register
    popw %cx # place the next 16-bits in the stack in the CX register
    popl value # place the next 32-bits in the stack in the value memory location

PUSH和POP对所有寄存器的操作指令

指令	描述
PUSHA/POPA	Push or pop all of the 16-bit general-purpose registers
PUSHAD/POPAD	Push or pop all of the 32-bit general-purpose registers
PUSHF/POPF	Push or pop the lower 16 bits of the EFLAGS register
PUSHFD/POPFD	Push or pop the entire 32 bits of the EFLAGS register

• PUSHA指令将16位压栈的顺序是：DI, SI, BP, BX, DX, CX, 和最后的 AX ；

• PUSHAD指令的压栈顺序和PUSHA一样 ；

• POPA和POPAD指令的出栈顺序是上面的反序 ；

• POPF和POPFD指令对，依赖处理器的操作模型，如果处理器运行在受保护模型，EFLAGS寄存器中的所有非预留标识位可以被修改，除了VIP, VIF, 和 VM 标识位，VIP 和 VIF 标识位会被清掉，VM标识位不能被修改 ；

使用ESP和EBP寄存器手动压栈和出栈

PUSH和POP不是唯一的栈操作指令，你可以使用ESP作为内存地址指针，来存取数据；
通常，不只是使用ESP寄存器自己，很多程序会拷贝ESP寄存器的值到EBP；通常汇编程序过程会使用EBP指向指定过程的栈底，指令通过EBP来访问保存在栈中的参数 ；

优化内存访问

内存访问是一个比较慢的功能，影响处理器性能；写高性能的汇编程序，最好是尽量内存访问，越少越好 ；如果可能的话，进行保持变量在寄存器中；寄存器访问很快，是处理器的最佳选择；这是处理数据最快的方式 ；如果将所有应用程序数据放到寄存器中不可能实现，你应该试着去优化程序的内存访问 ，因为处理器会使用数据缓存，有顺序的访问内存，会增加缓存命中 ，因为内存块会一次性读入缓存；
另外大多数处理器（包括IA-32平台）已优化为从特殊的缓存块读写内存，从汇编程序的.data数据块定义的数据的起始位置开始，Pentium 4处理器，缓存块的大小是64位，如果你定义的数据元素跨过64位块的边界，就需要两次缓存操作去读写内存数据元素 ；Intel建议按以下规则定义数据：

• Align 16-bit data on a 16-byte boundary.
• Align 32-bit data so that its base address is a multiple of four.
• Align 64-bit data so that its base address is a multiple of eight.
• Avoid many small data transfers. Instead, use a single large data transfer.
• Avoid using larger data sizes (such as 80- and 128-bit floating-point values) in the stack.

写汇编程序时，在定义.data数据块时，尽量把相同大小的数据元素放在一起 ；如果有不规则大小的数据元素，如字符串和buffers，将它们放到.data数据块的最后 ；

gas assembler supports the .align directive，将数据元素定义在指定的边界内，17章会详细讲解