汇编 —— 算术和逻辑操作

写在前面：从腾讯实习回来之后，就感觉到自己的知识体系过于散乱。于是萌生了写一个自己的操作系统这样的心思，此为系列第一章，主要是讲解一些汇编知识的，内容大多从CSAPP中也可以获得。
本篇内容主要讲解汇编指令：算数以及逻辑相关操作指令

加载有效地址

加载有效地址指令leaq实际上是movq指令的变形。 它的指令形式是从内存读取数据到寄存器。它的第一个操作数看上去是一个内存引用，但该指令实际是将有效地址写入到目的操作数。
其使用格式如下：

比如说我们下面的这个例子：

long scale(long x,long y,long z)
{
    long t = x+4*y+12*z;
    return t;
}

我们展示其反汇编代码：

//long scale(long x,long y, long z)
//x in %rdi,y in %rsi,z in %rdx

leaq (%rdi,%rsi,4),%rax		//%rax: 4y+x
leaq (%rdx,%rdx,2),%rdx		//%rdx: 3z
leaq (%rax,%rdx,4),%rax		//%rax: 12z+4y+x
ret							//return %rax

leaq 练习题

刚刚讲了leaq的基础用法，现在做两个题巩固一下，还是那样：往下滚动查看答案和解析：

练习题答案

一元操作符&二元操作符

一元操作符，顾名思义：只有一个操作数，即是源又是目的。比如incq(%rsp)会使栈顶的8字节元素+1。

二元操作符，则是第二个操作数既是源又是目的。比如指令subq %rax,%rdx 使寄存器%rdx的值减去%rax的值，等价于：%rdx = %rdx-%rax。

注：
第一个操作数可以是立即数、寄存器或者内存位置
第二个操作数可以是寄存器或内存位置
但是！当第二个操作数为内存地址时，处理器必须从内存读出值，进行操作之后再写入内存中

一元&二元 练习题

练习题答案

移位操作

移位操作会先给出移位量，然后第二项给出的是要移位的数。移位量可以是一个立即数或者放在单字节寄存器%cl中。当移位操作对 w 位长的数据值进行操作，移位量是由%cl寄存器的低 m 位决定的，这里2^m = w，而高位则会被忽略。所以，当寄存器%cl中的值为0xFF时，指令salb会左移7位，salw会左移15位，sqll会左移31位，salq会左移63位。

如下表所示，左移指令有两个名字：sal和shl。两者的效果是一样的，都是将右边填上0 。右移则是不同，sar执行算术移位，会将扩充位填充符号位，而shr执行逻辑移位，将扩充位填上0。

移位练习题

练习题答案

特殊的算数操作符

下表中的指令提供了一些不常用的特殊的算数操作：

可以在表中看到有两个乘法指令：imulq、mulq。一个是有符号乘法，一个是无符号乘法，这两个可以用来计算两个64位的值的全128位乘积。这两个指令都要求一个参数必须在寄存器%rax中，而另一个作为指令的源操作数给出。之后，乘积存放在寄存器%rdx（高64位）和%rax（低64位），下面的例子给出了如何计算乘积：

#include <inttypes .h>
typedef unsigned __int128 uint128_ t;
void store_uprod(uint128 _t *dest, uint64_t x，uint64_t y) {
*dest = x * (uint128_t) y;
}

这个例子得到的汇编代码如下：

//dest in %rdi,x in %rsi，y in %rdx
store_uprod:
movq %rsi, %rax			//%rax = x
mulq %rdx				//%rax = %rax*%rdx
movq %rax, (%rdi)		//低64位存储在dest中
movq %rdx, 8(%rdi)		//高64位存储在dest+8中
ret						

到目前为止，我们都没有介绍除法操作符和取模操作。这些操作是由单操作数除法指令所提供。有符号除法指令idivl将寄存器%rdx（高64位）和%rax（低64位）中的128位数作为被除数，而除数作为指令的操作数给出。指令将商存储在寄存器%rax，将余数存在寄存器%rdx中。以下例子给出了除法的实现：

void remdiv(long x,long y,long *qp,long*rp)
{
    long q = x / y;
    long r = x % y;
    *qp = q;
    *rp = r;
}

其汇编实现如下：

//x in %rdi，y in %rsi，qp in %rdx，rp in %rcx
remdiv :
movq %rdx, %r8			//在%r8中存储qp
movq %rdi, %rax			//%rax = x
cqto					//符号扩展x为8字
idivq %rsi				//执行x/y操作，商在%rax中，余数在%rdx中
movq %rax, (%r8)		//存储商到%r8中
movq %rdx, (%rcx)		//存储余数在%rcx中
ret

注：
无符号除法使用divq指令，通常寄存器%rdx会事先设置为0

练习题

练习题答案

//x in %rdi，y in %rsi，qp in %rdx，rp in %rcx
movq %rdx, %r8			//在%r8中存储qp
movq %rdi, %rax			//%rax = x
movl $0, %edx			//无符号除法特性
divq %rsi				//执行x/y操作，商在%rax中，余数在%rdx中
movq %rax, (%r8)		//存储商到%r8中
movq %rdx, (%rcx)		//存储余数在%rcx中
ret

参考文献

[1] 深入理解计算机系统 第三章 程序的机器级表示