x86汇编基础

目录

CPU架构与指令集

x86 / x64 

CPU操作模式

寄存器

数据类型

数据传送与访问

算数逻辑与运算逻辑

跳转指令和循环指令

栈与函数调用

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这一部分更详细的内容可以参考我的专栏：C与汇编

CPU架构与指令集

        CPU即中央处理单元(Central Processing Unit )，有时也简称为处理器( processor )，其作用是从内存中读取指令，然后解码和执行。CPU架构就是CPU的内部设计和结构，也叫作微架构( Microarchitecture )，由一堆硬件电路组成，用于实现指令集所规定的操作或者运算。

        指令集架构(Instruction Set Architecture，ISA)简称指令集，包含了一系列的操作码( opcode ),以及由特定CPU执行的基本命令。指令集在CPU中的实现称为微架构，要想设计CPU，首先决定
使用什么样的指令集，然后才是设计硬件电路。根据指令集的特征，通常可分为CICS和RISC两大阵营
        由于指令集是一堆二进制数据，非常不利于阅读和理解，于是有人就发明了汇编语言( Assemblylanguage),用类似人类语言的方式对指令集进行描述,每条汇编指令都有对应的指令.再往后,C/C++等高级语言的诞生更加方便了程序的编写，推动了信息化和互联网的普及。

x86 / x64 

PC端最常见的架构——x86架构以及扩展的x64架构。汇编语言是人类与计算机交互过程中的底层，和汇编语言关系最密切的，莫过于计算机的中央处理器。

• x86架构是最广为人知的处理器架构,主要包括Intel的IA-32、Intel 64处理器以及AMD的AMD与AMD64处理器。
• x86-64处理器架构包括了Intel的x86-64架构和AMD 的amd6架构，我们可以将其看为x86指令集的64位扩展。

CPU操作模式

对于x86处理器而言，有三个最主要的操作模式：保护模式，实地址模式，系统管理模式。此外还有一个保护模式的子模式，称为虚拟8086模式。

• 保护模式是处理器的原生状态，此时所有的指令和特性都是可用的，分配给程序的独立内存区域称为内存段，处理器将阻止程序使用自身段以外的内存区域。为了模拟8086处理器，在虚拟8086模式下，操作系统可以在实体CPU中划分多个8086 CPU，这也是早期虚拟机的来源。
• 实地址模式是早期Intel处理器的编程环境,该模式下程序可以直接访问硬件及其实际内存地址，而没有经过虚拟内存地址的映射，方便了驱动程序的开发。
• 系统管理模式为操作系统提供了诸如电源管理或安全保护等特性机制。

对于x86-64处理器而言，还引入了一种名为IA-32e的操作模式。该模式包含两个子模式，分别为兼容模式和64位模式，在兼容模式下现有的32位和16位程序无须重新编译;在64位模式下，处理器将在64位的地址空间下运行程序。

寄存器

寄存器：从8位处理器到16位处理器，再到32位以及64位处理器,寄存器的名称也有一些变化。

不同位数处理器寄存器名称：

在64位模式下，操作数的默认大小仍然为32位，且有8个通用寄存器;当给每条汇编指令增加REX(寄存器扩展)的前缀后，操作数变为64位，且增加了8个带有标号的通用寄存器(R8~R15 )。

此外，64位处理器还有两个不容忽视的特点:

1. 64位与32位有着相同的标志位状态;
2. 64位模式下不能访问通用寄存器的高位字节（如AH、BH、CH及 DH )。
    

数据类型

整数常量：一个数字需要前缀后缀加以区分，十六进制下，前缀加0，后缀加h

浮点数常量：x86架构中有单独的浮点数寄存器和浮点数指令来处理相关浮点数常量。通常以十进制表示浮点数，而以十六进制编码浮点数。浮点数中至少包含一个整数和一个十进制的小数点，以下均为合法的浮点数:“1.”、“+2.3”、“-3.14159”、“26.E5”

字符串常量：字符串的存储往往时存储一个指针，指向字符串的地址

 

数据传送与访问

MOV指令的基本格式中：第一个参数为目的操作数，第二个参数为源操作数

MOV指令支持从寄存器到寄存器、从内存到寄存器、从寄存器到内存、从立即数到内存和从立即数到寄存器的数据传送，但不支持从内存到内存的直接传输，想要完成从内存到内存的数据传送，必须使用一个寄存器作为中转。

在编写汇编语言时，可能会出现将较小的操作数扩展为较大操作数的情况，这时就需要对操作数进行全零扩展或符号扩展。

算数逻辑与运算逻辑

最简单的算术运算指令是INC和 DEC，分别用于操作数加1和操作数减1。这两条指令的操作数既可以是寄存器，也可以是内存。

学习在介绍算术运算指令前，需要了解补码的知识。计算机底层的数据表示均是以补码表示的。两个机器数相加的补码可以先通过分别对两个机器数求补码，然后再相加得到。在采用补码形式表示时，进行加法运算可以把符号位和数值位一起进行运算（若符号位有进位则直接舍弃)，结果为两数之和的补码形式。对于机器数的补码减法可以利用与其相反数的加法实现。

ADD指令将长度相同的操作数进行相加操作。

SUB指令为减法操作，将从目的操作数中减去源操作数。

NEG指令是把操作数转换为二进制补码，并将操作数的符号位取反。

在汇编语言中存在标志位寄存器，使用SUB、ADD等指令都可能会造成整数溢出、符号位等标
志位发生变化，因此进位标志位、零标志位、符号标志位、溢出标志位，辅助标志位，奇偶标志位都将根据存入的输入发生变化。
 

跳转指令和循环指令

一般情况下，CPU是顺序加载并执行程序的。但是，指令集中会存在一些条件型指令，将根据CPU的标志位寄存器决定程序控制流的走向。

在x86汇编语言中，每一个条件指令都隐含着一个跳转指令。跳转指令有两种最基本的类型：

• 无条件跳转就是无论标志位寄存器为何值，都会跳转;
• 条件跳转则是当满足某些条件时，程序出现分支，各类分支结构可以组合成不同的程序逻辑。

JMP指令是无条件跳转指令，在编写汇编语言时需要使用一个标号来标识，汇编器在编译时就会将该标号转换为相应的偏移量。一般情况下，该标号必须和JMP指令位于同一函数中，但使用全局标号则不受限制。

JMP指令也可以创建一个循环，也就是在循环结束时用JMP指令再跳回循环开始的位置。由于JMP是无条件跳转，所以除非使用其他方式退出，该循环将一直运算下去。

LOOP指令也可以创建一个循环代码块,ECX寄存器为循环的计数器(实地址模式中略有不同，CX寄存器是LOOP指令与LOOPW指令的默认循环计数器，ECX寄存器为LOOPD指令的循环计数器，64位的x86汇编语言LOOP指令使用RCX为默认循环计数器)，每经过一次循环，ECX的值将减去1。

LOOP指令执行分为两步，第一步是ECX值减1;第二步将ECX与0进行比较，如果ECX不为0，则跳转到标号地址处;如果ECX为0，则不发生跳转，执行LOOP指令的下一条指令。在使用LOOP指令前，如果将ECX的值设为0，那么在执行LOOP指令时，ECX的值减去1后实际上为FFFFFFFFh，这将是一个非常大的循环，因此我们在编写x86汇编语言的过程中一般情况不需要显式地改变ECX寄存器的值，特别是存在循环嵌套的情况时。

 

栈与函数调用

栈是先进后出的数据结构

栈空间是计算机内存中一段确定的内存区域，也有着一些指针指向相应的内存地址，在x86架构中这个指针位于ESP寄存器，而在x86-64平台上为RSP寄存器。在计算机底层，栈主要的几个用是：

1. 存储局部变量;
2. 执行CALL 指令调用函数时，保存函数地址以便函数结束时正确返回;
3. 传递函数参数。
    

关于这一部分可以参考我的专栏：C与汇编

详细介绍函数调用机制，调用约定，常用的指令