x64cpu与IA32cpu中通用寄存器的差异

 整理一下IA32处理器和x86-64处理器中通用寄存器的差异。

    IA32既支持32位处理器，也向后兼容16位寄存器。IA32把16位的通用寄存器，标志寄存器和指令指针寄存器扩充为32位。段寄存器仍为16位。IA32 CPU中包含一组8个32位通用寄存器，用来存储整数数据和指针。它们的名字以%e开头，可以理解为对16位的extend。

    这8个寄存器分别为eax, ebx, ecx, edx, esi, edi, ebp和esp，其中eax,ebx,ecx,edx为数据寄存器，esi,edi为变址寄存器，ebp和esp为指针寄存器。eax,ebx,ecx,edx的低16位可以像以前的16位寄存器一样单独当成16位寄存器使用，例如eax的低16位ax，并且这个低16位寄存器的高8位和低8位可以分别当成两个8位寄存器使用，例如ax的低8位al和高8位ah，ebx,ecx,edx同eax。寄存器的名字反映了它的用途。八个通用寄存器的名字和一般用途如下（除ESP和EBP外用途仅供参考，具体看使用者）：

• EAX  一般作为累加器(add)
• EBX  一般作为基地址寄存器(base)
• ECX  一般作为计数寄存器(count)
• EDX  一般用来存放数据(data)
• ESP   一般作为栈指针寄存器(stack pointer)
• EBP   一般作为基指针寄存器(base pointer)
• ESI     一般作为源变址寄存器(source index)
• EDI    一般作为目标变址寄存器(destinatin index)

下图即为IA32通用寄存器

    在x86-64中，所有的寄存器都扩充到了64位，不仅位数上发生变化，通用寄存器的数量也从原有的8个增加到16个。标识符上，从原来的%eax变成了%rax，但是为了保持向后兼容性，%eax仍然可用，并且指向%rax的低32位。寄存器的发展中仍然保持着对上一般本的兼容。

    x86-64中有了更多数量的寄存器，可以把堆栈数据直接放在寄存器中代替使用存储器，从而加快运算速度。x86-64的16个寄存器分别是%rax, %rbx, %rcx, %rdx, %rdi, %rsi, %rsp, %rbp, %r8, %r9, %r10, %r11, %r12, %r13, %r14, %r15。

    16个寄存器的名字和一般用途如下：

• %rax 作为函数返回值使用。
• %rsp 栈指针寄存器，指向栈顶
• %rdi，%rsi，%rdx，%rcx，%r8，%r9 用作函数参数，依次对应第1参数，第2参数。。。
• %rbx，%rbp，%r12，%r13，%14，%15 用作数据存储，遵循被调用者使用规则，简单说就是随便用，调用子函数之前要备份它，以防他被修改
• %r10，%r11 用作数据存储，遵循调用者使用规则，简单说就是使用之前要先保存原值
  

    下图为x86-64通用寄存器

下面我们写一个简单的C函数来看一下gcc生成的32位和64位汇编代码的区别：

C语言代码：(保存为simple.c)

void 
swap(int *x, int *y) {
    int t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

下面我们使用gcc -O1 -S -ma32 simple.c来生成32位汇编代码：

	.file	"simple.c"
	.text
	.globl	swap
	.type	swap, @function
swap:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	pushl	%ebp
	.cfi_def_cfa_offset 8
	.cfi_offset 5, -8
	movl	%esp, %ebp
	.cfi_def_cfa_register 5
	subl	$16, %esp
	movl	8(%ebp), %eax
	movl	(%eax), %eax
	movl	%eax, -4(%ebp)
	movl	12(%ebp), %eax
	movl	(%eax), %edx
	movl	8(%ebp), %eax
	movl	%edx, (%eax)
	movl	12(%ebp), %eax
	movl	-4(%ebp), %edx
	movl	%edx, (%eax)
	leave
	.cfi_restore 5
	.cfi_def_cfa 4, 4
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	swap, .-swap
	.ident	"GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

再使用gcc -S -ma64 simple.c 来生成64位汇编代码：

	.file	"simple.c"
	.text
	.globl	swap
	.type	swap, @function
swap:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	movq	%rdi, -24(%rbp)
	movq	%rsi, -32(%rbp)
	movq	-24(%rbp), %rax
	movl	(%rax), %eax
	movl	%eax, -4(%rbp)
	movq	-32(%rbp), %rax
	movl	(%rax), %edx
	movq	-24(%rbp), %rax
	movl	%edx, (%rax)
	movq	-32(%rbp), %rax
	movl	-4(%rbp), %edx
	movl	%edx, (%rax)
	popq	%rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	swap, .-swap
	.ident	"GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

参考：1. 《深入理解计算机系统》

2. 淘宝博客http://www.searchtb.com/2013/03/x86-64_register_and_function_frame.html