简单算术运算汇编指令和CPU状态标志位介绍

数据传送指令

操作数类型

操作数中有3基本类型

• 立即数：使用数字文本表达式
• 寄存器操作数：使用CPU内已命名的寄存器
• 内存操作数：引用内存位置

MOV指令

• MOV指令将源操作数复制到目的操作数
• 目的操作数的内容会发生改变，源操作数不会改变

MOV destination,source

• 使用原则
• 两个操作数必须是同样的大小
• 两个操作数不能同时为内存操作数
• 指令指针寄存器（IP、EIP、RIP）不能作为目的操作数
• 单条MOV指令不能用于直接将数据从一个内存位置传送到另一个内存位置
• 在源操作数的值赋给内存操作数之前，必须先将该数值传送给一个寄存器

针对第5条原则举例：

.data
var1  WORD ?
var2  WORD ?

.code
mov  ax,var1
mov  var2,ax

MOVZX指令(只用于无符号整数)

MOVZX指令（进行全零扩展并传送）将源操作数复制到目的操作数
注意：源操作数不能是常数

举例：

.data
val  BYTE           10001111b

.code
movzx  ax,val       ;AX=0000000010001111b

MOVSX指令(只用于有符号整数)

MOVSX指令（进行全零扩展并传送）将源操作数复制到目的操作数。
操作数在进行符号扩展时，在目的操作数上全部扩展位上重复（复制）长度较小操作数的最高位。

举例1：

.data
val BYTE 10001111b

.code
movsx  ax,val    ;AX=1111111110001111b

举例2：

mov    bx,0A69Bh   ;该处的0是一种方便的表示法，用于防止汇编器将常数误认为标识符
movsx  eax,bx      ;EAX=FFFFA69Bh
movsx  edx,bl      ;EDX=FFFFFF9Bh
movsx  cx,bl       ;CX=FF9Bh

LAHF和SAHF指令

LAHF(加载状态标志位到AH)指令将EFLAGS寄存器的低字节复制到AH。

被复制的标志位包括：符号标志位、零标志位、辅助进位标志位、奇偶标志位和进位标志位。使用该指令，可以方便的把标志位副本保管在变量中。

举例：

.data
saveflags   BYTE  ?

.code
lahf                         ;将标志位加载到AH
mov  saveflags,ah            ;用变量保存这些标志位

SAHF(保存AH内容到状态标志位)指令将AH内容复制到EFLAGS(或RFLAGS)寄存器低字节。

举例：

mov  ah,saveflags      ;加载被保存的标志位到AH中
sahf                   ;复制到EFLAGS寄存器

XCHG指令

XCHG（交换数据）指令交换两个操作数内容

• 使用原则
• 除了不适用立即数做操作数外，XCHG指令操作数的要求与MOV指令操作数要求一样

举例：

xchg  ax,bx    ;交换16位寄存器内容
xchg  ah,bl    ;交换8位寄存器内容
xchg  var1,bx  ;交换16位内存操作数和BX寄存器内容
xchg  eax,ebx  ;交换32位寄存器内容

如果要交换两个内存操作数，则用寄存器作为临时容器，把MOV指令与XCHG指令一起使用

.data
val    WORD   1000h
val2   WORD   2000h

.code
mov   ax,val   ;AX=1000h
xchg  ax,val2  ;AX=2000h,val2=1000h
mov   val,ax   ;val=2000h,AX=1000h

JMP指令

在默认情况下,CPU是顺序加载并执行程序。但是当前指令的执行有可能是由条件的,它会按照CPU状态位的值把控制转向程序中的新位置

汇编语言程序使用条件指令来实现IF语句的高级语句和循环。每条条件指令都包含了一个可能的转向不同内存地址的转移。

控制转移分为两种基本类型:

• 无条件转移:无论什么情况都会转移到新地址.新地址加载到指令指针寄存器,使得程序在新地址进行执行。使用JMP指令实现
• 条件转移:满足某种条件,则程序出现分支。CPU根据 ECX和标志寄存器的内容来判断真/条件

JMP指令无条件跳转到目标地址,该地址用代码标号来标识,并被汇编器转换为偏移量

当CPU执行一个无条件转移时,目标地址的偏移量被送入指针指令寄存器,从而导致从新地址开始执行

举例:
创建一个循环

top:
     .
     .
     jmp  top   ;不断循环

JMP是无条件的,因此循环会去无休止地执行下去,除非找到其他办法退出循环。

LOOP指令

按照ECX计数器循环,将程序重复特定次数,ECX自动成为计数器,每循环依次计数值减一

执行步骤:

1. ECX减一
2. 将ECX与0比较,如果ECX不等于0,则跳转到由目标给出的标号。如果ECX等于0则不发生跳转,并将控制循环传递到循环后面的指令。

举例:
下面的循环是将AX加1,循环结束时,AX=5,ECX=0

mov ax,0
mov exc,5

L1:
      inc   ax
      loop  L1

INC(增加)和DEC(减少)指令

INC和DEC分别表示寄存器或内存操作数加1或减1

举例:

.data
val  WORD  10h

.code
inc    val       ;val=11h
mov   ax,val     ;AX=11h
dec   ax         ;AX=10h

注意:根据目的操作数的值,溢出标志位,零标志位,辅助进位标志位,进位标志位和奇偶标志位会发生一定的变化.但是INC和DEC指令不会影响进位标志位

直接偏移量操作数

变量名加上一个位移就形成了一个直接-位移操作数

这样就可以访问那些没有显式标记的内存位置。

举例：

array  BYTE  10h,20h,30h,40h,50h

mov al,array    ;AL=10h    自动传递数组的第一个字符
mov al,array+1  ;AL=20h     
mov al,[array+2];AL=30h

字数组

在16位的字数组中，每个数组元素的偏移量比前一个多两个字节

因此，下面的array+2才能指向该数组的第二个元素

.data
array  WORD   10h,20h,30h

.code
mov ax,array      ;AX=10h
mov ax,[array+2]  ;AX=20h

双字数组

在32位的双字数组中，每个数组元素的偏移量比前一个多4个字节

因此，下面的array+4才能指向第二个元素

.data
array  DWORD   10h,20h,30h

.code
mov ax,array      ;AX=10h
mov ax,[array+4]  ;AX=20h

CPU标志状态位

• 进位标志位（CF）：无符号整数的溢出
  比如：如果指令目的操作数为8位，而指令产生的结果大于二进制的1111 1111，那么进位标志置1zhijiepainyi

• 符号标志位（SF）：操作数产生的结果为负数。
  如果目的操作数的最高有效位（MSB）置1，则符号标志位置1

• 奇偶标志位(PF)：在一条算术或布尔运算指令执行后，立即判断目的操作数最低有效字节中1的个数是否位偶数

• 辅助进位标志位（AC）：目的操作数最低有效字节中位3有进位,则辅助进位标志位置1

无符号运算:零标志位、进位标志位和辅助进位标志位

加法和进位标志位

两个无符号整数进行相加时，进位标志位是目的操作数最高有效位进位的副本。也就是说，如果和数超过了目的操作数的存储大小，就认为CF=1.

mov al,0FFh   ;AL是8位
add al,1      ;AL=00,CF=1

如果AX的值为00FFh,则对其进行加1操作后，和数不会超过16位，则进位标志位清零。

mov  ax,00FFh
add  ax,1         ;AX=0100h,CF=0

但是如果AX的值为FFFFh, 则对其进行加1操作后，AX的高位就会产生进位

mov  ax,0FFFFh
add   ax,1             ;AX=0000,CF=1

减法和进位标志位

从较小的无符号整数中减去较大的无符号整数时，减法操作就会将进位标志位置1

举例：
操作数为8位，计算1-2

mov  al,1
sub  al,2   ;AL=FFh,CF=1

INC和DEC指令不会影响进位标志位。在非零操作上应用NEG指令总是会将进位标志位置1

辅助进位标志位

辅助进位（AC）标志位意味者目的操作数位3有进位或借位。主要应用于二进制编码的十进制数（BCD）运算。

举例：计算（1+0Fh）

mov  al,0Fh
add  al,1  ;AC=1

奇偶标志位

目的操作数最低有效字节中1的个数为偶数时，奇偶（PF）标志位置1

mov  al,10001100b
add  al,00000010b   ;AL=10001110,PF=1
sub  al,10000000b   ;AL=00001110,PF=0

执行ADD指令后，AL的值为1000 1110（4个0，4个1），PF=1
执行SUB指令后，AL的值为0000 1110（5个0，3个1），PF=0

有符号运算：符号标志位和溢出标志位

符号标志位

有符号算术操作结果为负数，则符号标志位置1

举例：4-5

mov  eax,4
sub  eax,5    ;EAX=-1,SF=1

溢出标志位

有符号算术操作结果与目的操作数相比，如果发生上溢或下溢，则溢出标志位置1

举例：

mov al,+127
add al,1        ;OF=1

mov al,-128
sub al,1       ;OF=1

加法测试

• 两个正数相加，结果为负数
• 两个负数相加，结果为正数
  如果两个加数的符号相反，则不会产生溢出

硬件如何检测溢出
CPU用一种有趣的机制来检测标志位的状态。计算结果的最高有效位产生的进位与结果的最高位进行异或操作，异或的结果作为溢出标志位的值

NEG指令

如果NEG指令的目的操作数无法正确存储，则该结果无效

举例：
AL中存放的是-128，对其求反，结果为128，但是这个值无法存入AL。则溢出标志位置1，表示AL中存放的是一个无效的结果。

mov  al,-128    ;AL=01111111b
neg  al         ;AL=10000000b,OF=1

如果对+127求反，结果是有效的，则溢出标志位清0

mov al,+127     ;AL=01111111b
neg al          ;AL=100000001b,OF=0

与数据相关的运算符和伪指令

运算符和伪指令不是可执行指令，它们由汇编器进行分析。

• OFFSET运算符：返回变量与其所在段起始地址之间的距离
• PTR运算符 :重写操作数默认的大小类型
• TYPE运算符：返回一个操作数或数组中每个元素的大小（按字节计算）
• LENHTHOF运算符：返回数组中元素的个数
• SIZEOF运算符：返回数组初始化时使用的字节数

OFFSET运算符

OFFSET运算符返回数据标号的偏移量（按字节计算），表示该数据标号距离数据段起始地址的距离。

举例：

.data
bval   BYTE   ?
wval   WORD   ?
dval   DWORD  ?
dval2  DWORD  ?

假设bval在偏移量为0040 4000(十六进制)的位置，则OFFSET运算符的返回值如下

mov    esi,OFFSET   bval          ;ESI=004040000h
mov    esi,OFFSET   wval          ;ESI=004040001h
mov    esi,OFFSET   dval          ;ESI=004040003h
mov    esi,OFFSET   dval2         ;ESI=004040007h

OFFSET也可应用于直接—偏移量操作数

设myarry包含5个16位的字。下面的MOV指令首先得到myarray的偏移量，再加4，将形成的结果地址直接传送给ESI。此时，ESI指向数组中的第3个整数。

注意：加4代表加4个字节，而myarray中每个数占两个字节，因此加4就指到第3个整数。

.data
myarray   WORD   1,2,3,4,5

.code 
mov  esi,OFFSET myarray+4

还可以用一个变量的偏移量来初始化另一个双字变量，从而有效地创建一个指针。

举例：

.data
bigarray    DWORD  50 DUP(?)
parray      DWORD  bigarray

.code
mov esi,parray  

parray指向bigarray的起始地址，mov指令将该指针的值加载到ESI中，因此，ESI 寄存器就可以指向数组的起始地址。

PTR运算符

PTR运算符可以用来重写一个已经被声明过的操作数的大小类型。

举例：
假设想要将一个双字变量mydouble的低16位传送给AX，由于操作数大小不匹配。因此，汇编器不允许这种操作。

.data
mydouble  DWORD  12345678h

.code
mov ax,mydouble 

但是使用WORD PTR运算符就能将低位字（5678h）传送给AX：

mov ax,WORD PTR mydouble

为什么送入AX的不是1234h?

因为采用小端存储格式，即低位字节存放于变量的起始地址

不论该变量时如何定义的，都可以用3种方法种的任何一种来访问内存。
比如，如果mydouble的偏移量位0000，则以这个偏移量位首地址存放的16位值是5678h.同时也可以检索到1234h,其字地址为mydouble+2，指令如下

 mov  ax,WORD PTR  [mydouble+2]   ;1234h

同样，用BYTE PTR 运算符能够把mydouble的单个字节传送到BL：

mov  bl,BYTE  PTR  mydouble        ;78h

注意：PTR必须与一个标准汇编数据类型一起使用

这些类型包括：BYTE、 ABYTE WORD 、 SWORD 、 DWORD 、 SDWORD 、 FWORD 、 QWORD 、 TBYTE

应用场景：
将较小的数送入较大的目的操作数

举例：
如下，第一个字复制到EAX低半部分，第二个字复制到高半部分。

.data
wordlist   WORD  5678h,1234h

.code
mov eax,DWORD PTR  wordlist      ;EAX=12345678h

TYPE运算符

TYPE运算符返回变量单个元素的大小（以字节为单位计算）

举例：

• TYPE为字节，返回值是1；
• TYPE为字，返回值是2；
• TYPE为双字，返回值是4；
• TYPE为四字，返回值是8

.data
var1  BYTE   ?
var2  WORD   ?
var3  DWORD  ?
var4  QWORD  ?

LENGTHOF运算符

LENGTHOF运算符计算数组中元素的个数，元素个数是由数组标号同一行出现的数值来定义的。

举例：

.data
byte1       BYTE 10,20,30
arr1        WORD  30  DUP(?),0,0
arr2        WORD  5    DUP(3 DUP(?))
arr3        DWORD  1,2,3,4
digitstr    BYTE  "12345678",0

注意

• 如果数组定义中出现了嵌套的DUP运算符，则LENFTHOF返回的是两个数值的乘积
• 如果数组定义占据了多个程序行，则LENGTHOF只针对第一行定义的数据

myarray    BYTE  10,20,30,40,50
           BYTE  60,70,80,90,100

该LENGTHOF myarray返回值为5

而以下定义数组LENGTHOF myarray 的返回值为10

myarray  BYTE  10,20,30,40,50
               60,70,80,90,100

SIZEOF运算符

SIZEOF运算符返回值等于LENGTHOF 与TYPE返回值的乘积

举例:
intarray 数组的TYPE=2，LENGTHOF=32，则SIZEOF intarray=64

.data
intarray  WORD  32   DUP(0)

.code
mov   eax,SIZEOF  intarray     ;EAX=64

伪指令

ALIGN伪指令

ALIGN伪指令将一个变量对其到字节边界、字边界、双字边界或段落边界。

ALIGN  bound

bound可取值为：1、2、4、8、16。

• 当取值为1时，则下一个变量对齐于1字节边界

• 当取值为2时，则下一个变量对其于偶数地址

• 当取值为4时，则下一个变量地址为4的倍数

• 当取值为16时，则下一个变量的地址为16的倍数（一个段落的边界）

• 为什么要对齐数据？
  
  对于存储偶地址和奇地址的数据来说，CPU处理偶地址数据的速度要快得多。

举例：
bval处于任意位置，但其偏移量为0040 4000，再wval之前插入ALIGN 2伪指令，使得mval对齐于偶地址偏移量

bval   BYTE        ?         ;00404000h
ALIGN  2
wval   WORD        ?         ;00404002h
bval2  BYTE        ?         ;00404004h
ALIGN   4
dval   DWORD       ?          ;00404008h
dval2  DWORD       ?          ;0040400ch

上述例子中dval的偏移量本来应该是00404005，但是ALIGN 4伪指令使它的偏移量成为00404008

LABEL伪指令

• LABEL伪指令可以插入一个标号，并定义它的大小属性，但是不为这个标号分配存储空间。

• LABEL中而可以使用所有的标准大小属性。如BYTE 、WORD 、 DWORD 、QWORD 、TBYTE。

• LABEL常见的用法：为数据段中定义的下一个变量提供不同的名称和大小属性。

举例：
在变量val32前定义一个变量val16,属性为WORD

.data
val16  LABEL    WORD
val32  DWORD   12345678h

.code
mov ax,val16       ;AX=5678h
mov dx,[val16+2]   ;DX=1234h

val16和val32共享同一个内存位置。LABEL伪指令自身不分配内存。

应用场景：

用两个较小的整数组成一个较大的整数。

例如：
两个16位变量组成一个32位变量并加载到EAX中

.data
longval    LABEL  DWORD
val1   WORD  5678h
val2   WORD   1234h

.code
mov eax,longval     ;EAX=12345678h