movsx-movzx(转)

本文探讨了x86体系中的符号扩展(sign-extend)与零扩展(zero-extend)指令,包括movsx、cbw、cwd等系列指令的工作原理与应用,并对比了符号扩展与零扩展指令在不同数据类型转换中的作用。

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2.5.2.3 符号扩展与零扩展指令
2012-09-29 14:12:46 我来说两句 收藏 我要投稿
本文所属图书 > x86/x64体系探索及编程
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sign-extend(符号扩展)传送指令有两大类:movsx系列和cbw系列。

在movsx指令里8位的寄存器和内存操作数可以符号扩展到16位、32位及64位寄存器。而16位的寄存器和内存操作数可以符号扩展到32位和64位的寄存器。

movsxd指令将32位的寄存器和内存操作数符号扩展到64位的寄存器,形成了x64体系的全系列符号扩展指令集。

cbw指令族实现了对al/ax/eax/rax寄存器的符号扩展。而cwd指令族将符号扩展到了dx/edx/rdx寄存器上。

    int a;                 /* signed DWORD size */
    short b;               /* signed WORD size */
    a = b;                 /* sign-extend */

像上面这样的代码,编译器会使用movsx指令进行符号扩展。

    movsx eax, word ptr [b]           ; WORD sign-extend to DWORD
    mov [a], eax

zero-extend(零扩展)传送指令movzx在规格上和符号扩展movsx是一样的。

mov ax, 0xb06a
movsx ebx, ax ; ebx = 0xffffb06a
movzx ebx, ax ; ebx = 0x0000b06a

<think>首先,用户要求分析指定行代码在完整代码段中的作用和功能。指定行是: ```assembly movsx bx, bl ; 字节符号扩展为字 ``` 这段代码出现在 `div_proc` 过程中,具体在除法操作之前。 ### 分析代码功能 - **指令:** `movsx bx, bl` - `movsx` 是 "Move with Sign-Extension" 的缩写,意思是带符号扩展的移动。 - 它将源操作数(这里是 `bl`)的值移动到目标操作数(`bx`),同时进行符号扩展。 - `bl` 是 8 位寄存器(BL),`bx` 是 16 位寄存器(BX)。 - 符号扩展意味着:如果源操作数的最高位(符号位)是 1(表示负数),则目标操作数的高位部分会被填充为 1;如果是 0(表示正数),则填充为 0。这样,8 位值被扩展为 16 位值,保持其符号不变。 - **上下文:** 在 `div_proc` 过程中,这段代码用于除法操作。 - 具体在: ```assembly mov bl, d1[0] ; 加载除数(字节) movsx bx, bl ; 字节符号扩展为字 idiv bx ; DX:AX ÷ BX → 商AX, 余数DX ``` - 这里,`d1[0]` 是一个字节(8 位)值(从数据段中定义,如 `d1 db 5, 7`)。 - `mov bl, d1[0]` 将字节值加载到 `bl`。 - `movsx bx, bl` 将 `bl` 的值符号扩展为 `bx`(16 位)。 - 然后,`idiv bx` 使用这个扩展后的值作为除数进行有符号除法。 ### 作用和功能 - **主要功能:** 将一个 8 位带符号整数扩展为 16 位带符号整数,以便用于后续的 16 位除法指令。 - **为什么需要:** - 在 x86 汇编中,`idiv` 指令(有符号除法)的操作数必须是 16 位或 32 位寄存器(取决于上下文)。 - 这里,`idiv bx` 要求 `bx` 是一个 16 位寄存器。 - 由于除数来自 `d1`,它是一个字节数组(8 位),直接使用它会导致大小不匹配。 - 因此,需要将 8 位值扩展到 16 位,同时保留其符号(因为有符号除法)。 - **具体作用:** - 确保除数值在正确的位宽上。 - 维护数值的符号完整性,因为除法是有符号的(使用 `idiv` 而不是 `div`)。 - 允许使用字节大小的数据源进行字大小的操作。 ### 在完整代码中的位置 - 在 `div_proc` 过程中,有多个除法操作: 1. `d3[0] / d1[0]`(双字 ÷ 字节) 2. `d3[4] / d1[1]`(双字 ÷ 字节) 3. `d3[0] / d2[0]`(双字 ÷ 字) 4. `d3[4] / d2[2]`(双字 ÷ 字) - 指定的行出现在第一和第二个除法中,当除数是字节时(如 `d1[0]` 或 `d1[1]`)。 - 在第三和第四个除法中,当除数是字时(如 `d2[0]`),直接使用 `mov bx, d2[0]`,不需要扩展。 ### 生成相关问题 用户要求生成三个相关问题,格式为: §§相关问题§§ 1. ··· 2. ··· 3. ··· 问题应该与这段代码相关。基于分析: 1. 关于 `movsx` 指令:它的作用是什么? 2. 关于上下文:为什么在除法前需要符号扩展? 3. 关于替代指令:是否有其他指令可以完成类似功能? 确保问题相关: 1. `movsx` 和 `movzx` 的区别是什么? 2. 在 x86 汇编中,`idiv` 指令对操作数有什么要求? 3. 为什么在除法操作中使用 `movsx` 而不是直接加载? ### 回答格式 用户指定了整体格式: - 首先,描述代码的功能和作用。 - 然后,### 方法解析(但用户示例中是针对 Python 的,这里是汇编,所以可能需要调整)。 - 最后,§§相关问题§§ 部分。 在用户示例中,是针对 Python 的 `sort_values`,所以有 **方法解析** 部分。但这里是汇编指令,所以应该类似地解析指令和参数。 调整格式: - 介绍主要功能。 - 解析指令:名称、参数、作用。 - 然后相关问题。 所以,结构: 1. 在这段代码中,`movsx bx, bl` 的主要功能是... 2. ### 指令解析 - 指令名称:movsx - 参数说明:... 3. §§相关问题§§ - 1. ... - 2. ... - 3. ... ### 完整回答 - **主要功能描述:** - 将字节寄存器 `bl` 中的值符号扩展为字寄存器 `bx`,以便用于有符号除法指令 `idiv`。 - **指令解析:** - **指令名称:** `movsx` - 这是 x86 汇编指令,用于带符号扩展的移动。 - **参数说明:** - 目标操作数:`bx`(16 位寄存器) - 源操作数:`bl`(8 位寄存器) - 作用:将 `bl` 的 8 位值扩展到 `bx` 的 16 位值,保持符号不变。 - **相关问题:** 1. `movsx` 和 `movzx` 指令有什么区别? 2. 在 x86 汇编中,`idiv` 指令的操作数必须是哪种类型? 3. 为什么在处理字节数据时需要符号扩展为字?</think>在这段代码中,`movsx bx, bl` 的主要功能是将一个字节(8位)的带符号整数通过符号扩展换为字(16位)的带符号整数,并将结果存入寄存器 `bx`。以下是对其具体功能和作用的详细分析: ### 指令解析 - **指令名称:** `movsx` (Move with Sign-Extension,带符号扩展移动) - 这是 x86 汇编指令,用于处理带符号数据的位宽扩展。 - 核心操作:将源操作数的值复制到目标操作数,同时根据源值的符号位(最高位)扩展目标的高位部分(正数补0,负数补1)。 - **操作数说明:** - **目标操作数 `bx`**:16位寄存器(字大小),用于存储扩展后的结果。 - **源操作数 `bl`**:8位寄存器(字节大小),存储待扩展的值(例如 `d1[0] = 5` 或 `d1[1] = 7`)。 - **扩展逻辑**: - 若 `bl` 的最高位为 `0`(正数),则 `bx` 的高8位填充 `0`。 - 若 `bl` 的最高位为 `1`(负数),则 `bx` 的高8位填充 `1`。 - 例如:`bl = 5 (00000101) → bx = 00000000_00000101` `bl = -7 (11111001) → bx = 11111111_11111001` - **上下文作用:** 1. **适配除法指令要求**: 后续的 `idiv bx`(有符号除法)要求除数为 16 位值。但除数 `d1[0]` 是字节(8位),需扩展为字才能匹配指令。 2. **保留符号语义**: 由于 `idiv` 是有符号除法,必须确保除数在扩展后符号不变(例如负字节为负字),否则计算结果会错误。 3. **避免数据截断**: 若直接使用 `mov bx, bl`,高位会被随机填充(可能导致符号错误),而 `movsx` 显式保证符号正确性。 - **代码位置:** 该指令出现在 `div_proc` 过程中(处理除法),具体在双字(`d3`)除以字节(`d1`)的操作前。例如: ```assembly mov bl, d1[0] ; 加载字节除数(如5) movsx bx, bl ; 符号扩展为字(bx=00000000_00000101) idiv bx ; 执行除法(DX:AX ÷ BX) ```
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