67、深入解析x86指令集：从基础到高级应用

吃瓜不吐籽595

于 2025-11-29 13:59:20 发布

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分类专栏：深入x86汇编与系统编程文章标签： x86指令集非浮点指令浮点指令

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深入解析x86指令集：从基础到高级应用

1. 引言

x86指令集是计算机领域中广泛使用的指令集之一，它为处理器提供了执行各种任务的基础。这里将介绍最常用的32位x86指令，不涉及系统模式指令以及通常仅在操作系统内核代码或保护模式设备驱动程序中使用的指令。

1.1 标志位（EFlags）

每个指令描述中都包含一系列框，用于描述该指令将如何影响CPU状态标志。每个标志由一个字母标识，具体如下：
| 标志 | 含义 |
| — | — |
| O | 溢出标志（Overflow） |
| S | 符号标志（Sign） |
| P | 奇偶标志（Parity） |
| D | 方向标志（Direction） |
| Z | 零标志（Zero） |
| C | 进位标志（Carry） |
| I | 中断标志（Interrupt） |
| A | 辅助进位标志（Auxiliary Carry） |

框内使用以下符号表示指令对标志的影响：
- 1 ：设置标志。
- 0 ：清除标志。
- ? ：可能将标志更改为未确定的值。
- （空白）：标志不变。
- * ：根据与标志相关的特定规则更改标志。

例如，在某个指令描述中，CPU标志的图示如下：

?  ?  ?  *  ?
O  D  I  S  C
A  P  Z  *

从该图示可以看出，溢出、符号、零和奇偶标志将被更改为未知值；辅助进位和进位标志将根据相关规则进行修改；方向和中断标志将保持不变。

1.2 指令描述和格式

在引用源操作数和目标操作数时，遵循所有x86指令中操作数的自然顺序，即第一个操作数是目标操作数，第二个是源操作数。例如，在 MOV 指令中，目标操作数将被赋予源操作数数据的副本：

MOV destination, source

2. 非浮点指令集详情

2.1 算术和调整指令

AAA（ASCII Adjust After Addition） ：在两个ASCII数字相加后调整AL中的结果。如果AL > 9，则将结果的高位数字放入AH，并设置进位和辅助进位标志。
指令格式： AAA
AAD（ASCII Adjust Before Division） ：在执行 DIV 指令之前，将AH和AL中的未压缩BCD数字转换为单个二进制值。
指令格式： AAD
AAM（ASCII Adjust After Multiply） ：在两个未压缩BCD数字相乘后调整AX中的结果。
指令格式： AAM
AAS（ASCII Adjust After Subtraction） ：在减法操作后调整AX中的结果。如果AL > 9，AAS将递减AH并设置进位和辅助进位标志。
指令格式： AAS

2.2 加法和减法指令

ADC（Add Carry） ：将源操作数和进位标志的值加到目标操作数上。操作数必须大小相同。
指令格式：
- ADC reg,reg
- ADC reg,imm
- ADC mem,reg
- ADC mem,imm
- ADC reg,mem
- ADC accum,imm
ADD（Add） ：将源操作数加到目标操作数上，并将和存储在目标操作数中。操作数必须大小相同。
指令格式：
- ADD reg,reg
- ADD reg,imm
- ADD mem,reg
- ADD mem,imm
- ADD reg,mem
- ADD accum,imm
SBB（Subtract with Borrow） ：从目标操作数中减去源操作数，然后再减去进位标志的值。
指令格式：
- SBB reg,reg
- SBB reg,imm
- SBB mem,reg
- SBB mem,imm
- SBB reg,mem

2.3 逻辑指令

AND（Logical AND） ：将目标操作数的每一位与源操作数的对应位进行逻辑与操作。
指令格式：
- AND reg,reg
- AND reg,imm
- AND mem,reg
- AND mem,imm
- AND reg,mem
- AND accum,imm
OR（Inclusive OR） ：对目标操作数和源操作数的每一位进行逻辑或操作。
指令格式：
- OR reg,reg
- OR reg,imm
- OR mem,reg
- OR mem,imm
- OR reg,mem
- OR accum,imm
XOR（Exclusive OR） ：将源操作数的每一位与目标操作数的对应位进行异或操作。目标位仅在源位和目标位不同时为1。
指令格式：
- XOR reg,reg
- XOR reg,imm
- XOR mem,reg
- XOR mem,imm
- XOR reg,mem
- XOR accum,imm

2.4 跳转和调用指令

CALL（Call a Procedure） ：将下一条指令的位置压入栈中，并转移到目标位置。如果过程是近过程（在同一代码段内），则仅压入下一条指令的偏移量；否则，同时压入段和偏移量。
指令格式：
- CALL nearlabel
- CALL mem16
- CALL farlabel
- CALL mem32
- CALL reg
Jcondition（Conditional Jump） ：如果指定的标志条件为真，则跳转到标签处。在使用早于x86的处理器时，标签必须在当前位置的 -128 到 +127 字节范围内。在x86处理器上，标签的偏移量可以是正或负的32位值。
条件跳转助记符及含义如下：
| 助记符 | 含义 | 助记符 | 含义 |
| — | — | — | — |
| JA | 高于则跳转 | JE | 相等则跳转 |
| JNA | 不高于则跳转 | JNE | 不相等则跳转 |
| JAE | 高于或等于则跳转 | JZ | 为零则跳转 |
| JNAE | 不高于或等于则跳转 | JNZ | 不为零则跳转 |
| JB | 低于则跳转 | JS | 为负则跳转 |
| JNB | 不低于则跳转 | JNS | 不为负则跳转 |
| JBE | 低于或等于则跳转 | JC | 有进位则跳转 |
| JNBE | 不低于或等于则跳转 | JNC | 无进位则跳转 |
| JG | 大于则跳转 | JO | 溢出则跳转 |
| JNG | 不大于则跳转 | JNO | 无溢出则跳转 |
| JGE | 大于或等于则跳转 | JP | 奇偶性为偶则跳转 |
| JNGE | 不大于或等于则跳转 | JPE | 奇偶性相等则跳转 |
| JL | 小于则跳转 | JNP | 奇偶性为奇则跳转 |
| JNL | 不小于则跳转 | JPO | 奇偶性为奇则跳转 |
| JLE | 小于或等于则跳转 | JNLE | 不小于或等于则跳转 |
| JCXZ, JECXZ | CX为零则跳转 | | |

2.5 数据传输指令

MOV（Move） ：将源操作数的一个字节或字复制到目标操作数。
指令格式：
- MOV reg,reg
- MOV reg,imm
- MOV mem,reg
- MOV mem,imm
- MOV reg,mem
- MOV mem16,segreg
- MOV reg16,segreg
- MOV segreg,mem16
- MOV segreg,reg16
MOVS（Move String） ：将由DS:(E)SI寻址的内存中的字节或字复制到由ES:(E)DI寻址的内存中。
指令格式：
- MOVSB
- MOVSW
- MOVSD
- MOVS dest, source
- MOVS ES:dest, segreg:source

2.6 其他指令

BOUND（Check Array Bounds） ：验证有符号索引值是否在数组的边界内。在80286处理器上，目标操作数可以是任何包含要检查索引的16位寄存器；源操作数必须是一个32位内存操作数，其中高字和低字分别包含索引值的上界和下界。在x86处理器上，目标可以是32位寄存器，源可以是64位内存操作数。
指令格式：
- BOUND reg16,mem32
- BOUND r32,mem64
BSF, BSR（Bit Scan） ：扫描操作数以找到第一个设置的位。如果找到该位，则清除零标志，并将目标操作数赋值为遇到的第一个设置位的位号（索引）。如果未找到设置位，则ZF = 1。BSF从位0开始向最高位扫描，BSR从最高位开始向位0扫描。
指令格式（适用于BSF和BSR）：
- BSF reg16,r/m16
- BSF reg32,r/m32

下面是一个简单的mermaid流程图，展示了条件跳转指令的基本逻辑：

graph TD;
    A[开始] --> B{标志条件是否为真};
    B -- 是 --> C[跳转到标签];
    B -- 否 --> D[继续执行下一条指令];

通过以上介绍，我们对x86非浮点指令集有了较为全面的了解。这些指令为编写高效、复杂的程序提供了基础，无论是系统软件还是应用程序，都离不开这些指令的支持。在实际编程中，合理运用这些指令可以充分发挥处理器的性能。

3. 浮点指令集详情

3.1 浮点指令概述

3.2 浮点指令操作示例

以FADD指令为例，其不同格式的操作说明如下：
- FADD ：将ST(0)加到ST(1)，并弹出栈。
- FADD m32fp ：将m32fp加到ST(0)。
- FADD m64fp ：将m64fp加到ST(0)。
- FADD ST(0),ST(i) ：将ST(i)加到ST(0)。
- FADD ST(i),ST(0) ：将ST(0)加到ST(i)。

下面是一个简单的mermaid流程图，展示了浮点加法指令FADD的基本执行流程：

graph TD;
    A[开始] --> B{选择操作数格式};
    B -- m32fp --> C[将m32fp加到ST(0)];
    B -- m64fp --> D[将m64fp加到ST(0)];
    B -- ST(0),ST(i) --> E[将ST(i)加到ST(0)];
    B -- ST(i),ST(0) --> F[将ST(0)加到ST(i)];
    B -- 无 --> G[将ST(0)加到ST(1)并弹出栈];
    C --> H[结束];
    D --> H;
    E --> H;
    F --> H;
    G --> H;