25考研计算机组成原理复习·4.3程序的机器级代码表示

指令的作用？1.改变程序执行流 2.处理数据
指令格式：
- 操作码：怎么处理？
- 地址码：数据在哪儿？
  - 在寄存器里。在汇编指令中，给出寄存器名（通用寄存器：eax、ebx、ecx、edx；变址寄存器：esi、edi；堆栈寄存器：ebp、esp）
  - 在主存里：在汇编指令中，给出读写长度、主存地址（dword ptr[地址] #32bit； word ptr[地址] #16bit；type ptr[地址] #8bit）
  - 在指令里：在汇编指令中，直接给出常量，即“立即寻址”；可用十进制表示、也可用十六进制表示（通常用h结尾）

常见的算术运算指令

功能	英文	汇编指令	注释
加	add	add d,s	#计算d+s，结果存入d
减	subtract	sub d,s	#计算d-s，结果存入d
乘	multiply	mul d,s imul d,s	#无符号数ds，乘积存入d #有符号数ds，乘积存入d
除	divide	div s idiv s	#无符号数除法edx:eax/s，商存入eax，余数存入edx #有符号数除法edx:eax/s，商存入eax，余数存入edx
取负数	negative	neg d	#将d取负数，结果存入d
自增++	increase	inc d	#将d++，结果存入d
自减--	decrease	dec d	#将d- -，结果存入d

常见的逻辑运算指令

功能	英文	汇编指令	注释
与	and	and d,s	#将d、s逐位相与，结果放回d
或	or	or d,s	#将d、s逐位相或，结果放回d
非	not	not d	#将d逐位取反，结果放回d
异或	exclusive or	xor d,s	#将d、s逐位异或，结果放回d
左移	shift left	shl d,s	#将d逻辑左移s位，结果放回d（通常s是常量）
右移	shift right	shr d,s	#将d逻辑右移s位，结果放回d（通常s是常量）

AT&T格式 v.s. Intel格式

	AT&T格式	Intel格式
目的操作数d、源操作数s	op s,d 注：源操作数在左，目的操作数在右	op d,s 注：源操作数在右，目的操作数在左
寄存器的表示	mov %ebx,%eax 注：寄存器名之前必须加“%”	mov eax,ebx 注：直接写寄存器名即可
立即数表示	mov $985,%eax 注：立即数之前必须加“$”	mov eax,985 注：直接写数字即可
主存地址表示	mov %eax,(af996h) 注：用“()”	mov [af996h],eax 注：用“[]”
读写长度表示	movb $5,(af996h) movw $5,(af996h) movl $5,(af996h) addb $4,(af996h) 注：指令后加b、w、l分别表示读写长度为byte、word、dword	mov byte ptr[af996h],5 mov word ptr[af996h],5 mov dword ptr[af996h],5 add byte ptr[af996h],4 注：在主存地址前说明读写长度byte、word、dword
主存地址偏移量表示	movl -8(%ebx),%eax 注：偏移量(基址) movl 4(%ebx,%eax,32),%eax 注：偏移量(基址，变址，比例因子)	mov eax,[ebx - 8] 注：[基址+偏移量] mov eax,[ebx + eax32 +4] 注：[基址+变址比例因子+偏移量]

AT&T格式

Intel格式

目的操作数d、源操作数s

op s,d

注：源操作数在左，目的操作数在右

op d,s

注：源操作数在右，目的操作数在左

寄存器的表示

mov %ebx,%eax

注：寄存器名之前必须加“%”

mov eax,ebx

注：直接写寄存器名即可

立即数表示

mov $985,%eax

注：立即数之前必须加“$”

mov eax,985

注：直接写数字即可

主存地址表示

mov %eax,(af996h)

注：用“()”

mov [af996h],eax

注：用“[]”

读写长度表示

movb $5,(af996h)

movw $5,(af996h)

movl $5,(af996h)

addb $4,(af996h)

注：指令后加b、w、l分别表示读写长度为byte、word、dword

mov byte ptr[af996h],5

mov word ptr[af996h],5

mov dword ptr[af996h],5

add byte ptr[af996h],4

注：在主存地址前说明读写长度byte、word、dword

主存地址偏移量表示

movl -8(%ebx),%eax

注：偏移量(基址)

movl 4(%ebx,%eax,32),%eax

注：偏移量(基址，变址，比例因子)

mov eax,[ebx - 8]

注：[基址+偏移量]

mov eax,[ebx + eax*32 +4]

注：[基址+变址*比例因子+偏移量]

选择语句的机器级表示

无条件转移指令——jmp

mov eax,7
mov ebx,6
jum NEXT
mov ecx,ebx
NEXT: #用“标号”锚定位置 特征——有冒号，名字可以自己取
mov ecx,eax

条件转移指令——jxxx

cmp a,b #比较a和b两个数

je<地址>  #jump when equal,若a=b则跳转
jne<地址>  #jump when not equal,若a!=b则跳转
jg<地址>  #jump when greater than,若a>b则跳转
jge<地址>  #jump when greater than or equal to,若a>=b则跳转
jl<地址>  #jump when less than,若a<b则跳转
jle<地址>  #jump when less than or equal to,若a<=b则跳转

示例：选择语句的机器级表示

if(a > b){
	c = a;
}else{
	c = b;
}

mov eax,7
mov ebx,6
cmp eax,ebx
jg NEXT
mov ecx,ebx
jum END
NEXT:
mov ecx,eax
END:

循环语句的机器级表示

用条件转移指令实现循环

int result = 0;
for(int i = 1;i <= 100;i++){
	result += i;
}//求1+2+3+…+100

用条件转移指令实现循环，需要4个部分构成：

循环前的初始化
是否直接跳过循环？
循环主题
是否继续循环？

mov eax,0  #1.用eax保存result，初值为0
mov edx,1  #1.用edx保存i，初始值为1
cmp edx,100  #2.比较i和100
jg L2  #2.若i>100，转跳到L2执行
L1:  #循环主体
add eax,edx  #3.实现 result += i
inc edx  #3.inc自增指令，实现i++
cmp edx,100  #4.i和100
jle L1  #4.若i <= 100,转跳到L1执行
L2:  #跳出循环主体

用loop指令实现循环

for(int i = 500;i > 0;i--){
	做某些处理；
}//循环500轮

mov ecx,500  #用ecx作为循环寄存器
Looptup:  #循环的开始
...
做某些处理
...
loop Looptop  #ecx--,若ecx!=0,跳转到Looptop
#等价于dec ecx 
#cmp ecx,0
#jne Looptop

理论上，能用loop指令实现的功能一定能用条件转移指令实现。

使用loop指令可能会使代码更清晰简洁。

补充：loopx指令——loopnz，loopz

loopnz——当ecx≠0&&ZF==0时，继续循环

loopz——当ecx≠0&&ZF==1时，继续循环

函数调用机器级表示

call、ret指令

函数调用指令：call<函数名>

函数返回指令：ret
call指令的作用：
1. 将IP旧值压栈保存（保存在函数的栈帧顶部）（效果相当于 push IP）
2. 设置IP新值，无条件转移至被调用函数的第一条指令（效果相当于jmp add）
ret指令的作用：从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器

如何访问栈帧？

栈帧（Stack Frame）保存函数大括号内定义的局部变量，保存函数调用相关信息。

访问栈帧数据：push、pop指令

push、pop指令实现入栈、出栈操作，x86默认以4字节为单位。指令格式如下：

push 🏇 //先让esp减4，再将🏇压入（🏇可以是立即数、寄存器、主存地址）

pop 🐘 //栈顶元素出栈写入🐘，再让esp加4（🐘可以是寄存器、主存地址）

访问栈帧数据：mov指令

sub esp,12 #栈顶指针-12
mov[esp+8],eax  #将eax的值复制到主存[esp+8]
mov[esp+4],985  #将985复制到主存[esp+4]
mov eax,[ebp+8]  #将主存[ebp+8]的值复制到eax
mov [esp],eax  #将eax的值复制到主存[esp]
add esp,8  #栈顶指针+8

可以用mov指令，结合esp、ebp指针访问栈帧数据

可以用减法/加法指令，即sub/add修改栈顶指针esp的值