一、算術(shù)和邏輯操作

下圖列出了x86-64的一些整數(shù)和邏輯操作抹腿。大多數(shù)操作都分成了指令類岛请。例如 add 指令類由四條加法指令組成：addb、addw警绩、addl崇败、addq，分別是字節(jié)加法房蝉、字加法僚匆、雙字加法、四字加法搭幻。事實(shí)上咧擂，不僅是 add 指令，下圖的每個(gè)指令類都有對(duì)這四種不同大小數(shù)據(jù)的指令檀蹋。分別為：加載有效地址松申、一元操作、二元操作和移位俯逾。二元操作有兩個(gè)操作數(shù)贸桶，一元操作有一個(gè)操作數(shù)。

加載有效地址：leaq 指令是 movq 指令的變形桌肴，指令形式是從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)到寄存器皇筛，但實(shí)際上沒有引用內(nèi)存。它可以簡(jiǎn)單描述普通的計(jì)算操作坠七。編譯器經(jīng)常發(fā)現(xiàn) leaq 的一些靈活用法水醋，根本就與有效地址計(jì)算無(wú)關(guān)旗笔。例如:leaq a(b, c, d), %rax 先計(jì)算地址a + b + c * d，然后把最終地址載到寄存器rax中拄踪。

一元和二元操作：第二組中的操作是一元操作蝇恶，只有一個(gè)操作數(shù)，既是源端又是目的端惶桐。這個(gè)操作數(shù)可以是一個(gè)寄存器也可以是一個(gè)內(nèi)存撮弧。第三組是二元操作，其中第二個(gè)操作數(shù)既是源又是目的姚糊。

移位操作：最后一組是移位操作贿衍，先給出移位量，然后第二項(xiàng)給出要移位的數(shù)叛拷∩喑可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯右移。

特殊算術(shù)操作：兩個(gè)64位有符號(hào)或無(wú)符號(hào)整數(shù)相乘得到的乘積需要128位來(lái)表示忿薇。x86-64指令集對(duì)128位數(shù)的操作提供有限的支持裙椭。下圖描述的是支持產(chǎn)生兩個(gè)64位數(shù)字的全 128位乘積以及整數(shù)除法的指令。

二署浩、控制

目前為止我們只考慮了直線代碼的行為揉燃，也就是一條命令接著一條命令順序地執(zhí)行。C語(yǔ)言中要求有條件的執(zhí)行筋栋，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)決定操作執(zhí)行的順序炊汤。機(jī)器代碼提供兩種低級(jí)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)有條件的行為：測(cè)試數(shù)據(jù)值然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果來(lái)改變控制流或者數(shù)據(jù)流。我們先來(lái)介紹與數(shù)據(jù)相關(guān)的控制流弊攘。

1抢腐、條件碼：除了整數(shù)寄存器還有以單個(gè)位的條件碼寄存器。它們描述了最近的算術(shù)或邏輯操作的屬性襟交÷醣叮可以檢測(cè)這些寄存器來(lái)執(zhí)行條件分支指令。當(dāng)有算術(shù)與邏輯操作發(fā)生時(shí)捣域，這些條件碼寄存器當(dāng)中的值會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化啼染。

CF：進(jìn)位標(biāo)志寄存器。最近的操作是最高位產(chǎn)生了進(jìn)位焕梅。它可以記錄無(wú)符號(hào)操作的溢出迹鹅，當(dāng)溢出時(shí)會(huì)被設(shè)為1。

ZF：零標(biāo)志寄存器贞言，最近的操作得出的結(jié)果為0斜棚。當(dāng)計(jì)算結(jié)果為0時(shí)將會(huì)被設(shè)為1。

SF：符號(hào)標(biāo)志寄存器，最近的操作得到的結(jié)果為負(fù)數(shù)弟蚀。當(dāng)計(jì)算結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí)會(huì)被設(shè)為1脂新。

OF：溢出標(biāo)志寄存器，最近的操作導(dǎo)致一個(gè)補(bǔ)碼溢出（正溢出或負(fù)溢出）粗梭。當(dāng)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)致了補(bǔ)碼溢出時(shí)，會(huì)被設(shè)為1级零。

從上面可以看出断医，CF和OF可以判斷有符號(hào)和補(bǔ)碼的溢出，ZF判斷結(jié)果是否為0奏纪，SF判斷結(jié)果的符號(hào)鉴嗤。這是底層機(jī)器的設(shè)定，而編程用的高級(jí)語(yǔ)言（比如C序调，Java）就是靠這四個(gè)寄存器醉锅，演化出各種各樣的流程控制。

2发绢、訪問條件碼

對(duì)于普通寄存器來(lái)講硬耍，使用的時(shí)候一般是直接讀取它的值，而對(duì)于條件碼边酒，通常不會(huì)直接讀取经柴。常用的有如下三種方法：可以根據(jù)條件碼寄存器的某個(gè)組合，將一個(gè)字節(jié)設(shè)置為0或1墩朦∨魅希可以直接條件跳轉(zhuǎn)到程序的某個(gè)其它的部分∶セ粒可以有條件的傳送數(shù)據(jù)牛哺。

對(duì)于第一種情況，下圖描述的指令便是根據(jù)條件碼的某個(gè)組合劳吠，將一個(gè)字節(jié)設(shè)置為0或1引润，這一整類指令稱為 SET 指令，它們的區(qū)別就在與它們考慮的條件碼的組合是什么赴背，這些指令名字的不同后綴指明了它們所考慮的條件碼的組合椰拒。這些指令的后綴表示不同的條件而不是操作數(shù)的大小。比如指令 setl 和 setb 表示 “小于時(shí)設(shè)置（set less）”和“低于時(shí)設(shè)置（set below）”凰荚，而不是“設(shè)置長(zhǎng)字（set long word）”和“設(shè)置字節(jié)（set byte）”

3燃观、跳轉(zhuǎn)指令

　正常情況下，指令會(huì)按照他們出現(xiàn)的順序一條一條地執(zhí)行便瑟。而跳轉(zhuǎn)指令（jump）會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行切換到程序中一個(gè)全新的位置缆毁，我們可以理解為方法或者函數(shù)的調(diào)用。在匯編代碼中到涂，這些跳轉(zhuǎn)的目的地通常用一個(gè)標(biāo)號(hào)（label）指明脊框。

指令 jmp .L1 會(huì)導(dǎo)致程序跳過movq指令颁督，而從popq指令開始繼續(xù)執(zhí)行。在產(chǎn)生目標(biāo)代碼文件時(shí)浇雹，匯編器會(huì)確定帶標(biāo)號(hào)指令的地址沉御。并將跳轉(zhuǎn)目標(biāo)編碼為跳轉(zhuǎn)指令的一部分。昭灵、

①直接跳轉(zhuǎn)：跳轉(zhuǎn)目標(biāo)是作為指令的一部分編碼的吠裆，比如上面的直接給一個(gè)標(biāo)號(hào)作為跳轉(zhuǎn)目標(biāo)

②間接跳轉(zhuǎn)：跳轉(zhuǎn)目標(biāo)是從寄存器或者存儲(chǔ)器位置中讀出的，比如 jmp *%eax 表示用寄存器 %eax 中的值作為跳轉(zhuǎn)目標(biāo)烂完；再比如 jmp *(%eax) 以 %eax 中的值作為讀地址试疙，從存儲(chǔ)器中讀取跳轉(zhuǎn)目標(biāo)。

③其他條件跳轉(zhuǎn)：根據(jù)條件碼的某個(gè)組合抠蚣，或者跳轉(zhuǎn)祝旷，或者繼續(xù)執(zhí)行代碼序列中的下一條指令。

4嘶窄、循環(huán)

C 語(yǔ)言提供了多種循環(huán)結(jié)構(gòu)怀跛，比如 do-while、while和for护侮。匯編中沒有相應(yīng)的指令存在敌完，我們可以用條件測(cè)試和跳轉(zhuǎn)指令組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)的效果。而大多數(shù)匯編器會(huì)根據(jù)一個(gè)循環(huán)的do-while 循環(huán)形式來(lái)產(chǎn)生循環(huán)代碼羊初，即其他的循環(huán)一般也會(huì)先轉(zhuǎn)換成 do-while 形式滨溉，然后在編譯成機(jī)器代碼。

比如如下 do-while 循環(huán)：