Ubuntu x86-64汇编(4) 数值操作指令

整数乘法指令 Integer Multiplication

对于有符号数的乘法有特殊的规则, 因此无符号数乘法和有符号数乘法对应着不同的指令mul和imul. 乘法会产生两倍尺寸的数值结果, 即两个n-bit数相乘会产生2n-bit的数. 两个8bit数相乘会产生16bit的数. 对于乘法指令有许多变种, 例如对于带符号乘法, 一些指令能将结果裁剪至和源数值一样的尺寸.

无符号的乘法 Unsigned Multiplication

通常这种乘法的格式为

mul   <src>
mul   <op8>
mul   <op16>
mul   <op32>
mul   <op64>
mul   word [wVvar]
mul   al
mul   dword [dVar]
mul   qword [qVar]

src运算数必须是寄存器或内存地址, 不能为立即数. 对于这样的单运算数乘法指令, 在执行时, 会使用A寄存器中对应尺寸的数值(al/ax/eax/rax). 分别对应8bit, 16bit, 32bit, 64bit尺寸的运算数. 乘法的结果会被放置在A寄存器以及D寄存器中. 下面的表格显示了不同尺寸下的无符号乘法及其结果
Byte: ax  = al * <src>
Word:  dx:ax  = ax * <src>
Double:  edx:eax = eax * <src>
Quad:  rdx:rax = rax * <src>

这样的结果位置组合, 是由于要向下兼容早先的版本, 会让人有些困惑.
代码例子

bNumA   db 42
bNumB   db 73
wAns    dw 0
wAns1   dw 0
wNumA   dw 4321
wNumB   dw 1234
dAns2   dd 0
dNumA   dd 42000
dNumB   dd 73000
qAns3   dq 0
qNumA   dq 420000
qNumB   dq 730000
dqAns4  ddq 0

; wAns = bNumA^2 or bNumA squared
mov al, byte [bNumA]
mul al                  ; result in ax
mov word [wAns], ax

; wAns1 = bNumA * bNumB
mov al, byte [bNumA]
mul byte [bNumB]        ; result in ax
mov word [wAns1], ax 

; dAns1 = wNumA * wNumB
mov ax, word [wNumA]
mul word [wNumB]        ; result in dx:ax
mov word [dAns1], ax
mov word [dAns1+2], dx

; qAns3 = dNumA * dNumB
mov eax, dword [dNumA]
mul dword [dNumB]       ; result in edx:eax
mov dword [qAns3], eax
mov dword [qAns3+4], edx

; dqAns4 = qNumA * qNumB
mov rax, qword [qNumA]
mul qword [qNumB]       ; result in rdx:rax
mov qword [dqAns4], rax
mov qword [dqAns4+8], rdx

带符号数乘法 Signed Multiplication

带符号数的乘法允许更大范围的运算数和尺寸. 通常的格式为

imul  <src>
imul  <dest>, <src/imm32>
imul  <dest>, <src>, <imm32>
imul  <op8>
imul  <op16>
imul  <op32>
imul  <op64>
imul  <reg16>, <op16/imm>
imul  <reg32>, <op32/imm>
imul  <reg64>, <op64/imm>
imul  <reg16>, <op16>, <imm>
imul  <reg32>, <op32>, <imm>
imul  <reg64>, <op64>, <imm>
imul  ax, 17
imul  al
imul  ebx, dword [dVar]
imul  rbx, dword [dVar], 791
imul  rcx, qword [qVar]
imul  qword [qVar]

所有的格式中, dest运算数都必须是寄存器, 并且所有的运算数都不能为byte. 当使用单个运算数时, imul的格式和mul是一致的. 当使用两个运算数时, 相乘的是src和dest运算数, 并且结果会存放在desc运算数, 覆盖原值. 立即数的尺寸受src运算数的限制, 可以是double word(32bit), 甚至quadword(64bit), 运算结果被裁剪为dest的尺寸后存放在desc. desc不支持8bit的运算数.

代码例子

wNumA dw 1200
wNumB dw ­2000
wAns1 dw 0
wAns2 dw 0
dNumA dd 42000
dNumB dd ­13000
dAns1 dd 0
dAns2 dd 0
qNumA dq 120000
qNumB dq ­230000
qAns1 dq 0
qAns2 dq 0

; wAns1 = wNumA * ­13
mov  ax, word [wNumA]
imul ax, ­13           ; result in ax
mov  word [wAns1], ax

; wAns2 = wNumA * wNumB
mov  ax, word [wNumA]
imul ax, word [wNumB] ; result in ax
mov  word [wAns2], ax

; dAns1 = dNumA * 113
mov  eax, dword [dNumA]
imul eax, 113         ; result in eax
mov  dword [dAns1], eax

; dAns2 = dNumA * dNumB
mov  eax, dword [dNumA]
imul eax, dword [dNumB]  ; result in eax
mov  dword [dAns2], eax

; qAns1 = qNumA * 7096
mov  rax, qword [qNumA]
imul rax, 7096           ; result in rax
mov  qword [qAns1], rax

; qAns2 = qNumA * qNumB
mov  rax, qword [qNumA]
imul rax, qword [qNumB]  ; result in rax
mov  qword [qAns2], rax

; 计算 qAns1 = qNumA * 7096 的另一种方式是:
; qAns1 = qNumA * 7096
mov  rcx, qword [qNumA]
imul rbx, rcx, 7096      ; result in rax
mov  qword [qAns1], rax

.

整数除法指令 Integer Division

对有符号数和无符号数, 也有不同的除法指令div和idiv. 指令格式

div <src>
div <op8>
div <op16>
div <op32>
div <op64>
div   word [wVvar]
div   bl
div   dword [dVar]
div   qword [qVar]

idiv <src>
idiv <op8>
idiv <op16>
idiv <op32>
idiv <op64>
idiv  word [wVvar]
idiv  bl
idiv  dword [dVar]
idiv  qword [qVar]

因为 dividend / divisor = quotient, 除法要求被除数的尺寸大于除数. 例如要除以8bit除数, 被除数必须为16bit. 和乘法一样, 运算中需要结合使用A和D寄存器, 这也是为了与旧的架构相兼容. 除法中A和D寄存器的组合如下:
Byte Divide:        ax for 16-bits
Word Divide:        dx:ax for 32-bits
Double-word divide: edx:eax for 64-bits
Quadword Divide:    rdx:rax for 128-bits

Byte: al = ax / <src> , rem in ah
Word: ax = dx:ax / <src>, rem in dx
Double: eax = eax / <src>, rem in edx
Quad:  rax = rax / <src>, rem in rdx

正确地设置被除数是问题的关键, 对于word, double word, quadword类型的被除数, 都需要用到A和D寄存器. 如果之前刚刚进行过乘法运算, 那么A和D就正好已经被赋值. 否则当前数值就需要升级成较大尺寸并将上半部分放到D寄存器. 对于无符号数, 高地址部分总是全为零, 而对于有符号数, 则需要根据之前的说明对高地址部分进行扩展.出书可以是一个内存地址或寄存器, 但是不能为立即数. 另外, 结果将被放置在A寄存器(al/ax/eax/rax), 余数部分会被放置在ah, dx, edx, 或者rdx 寄存器. 对更大尺寸的被除数的使用与乘法指令一样, 对于简单的除法, 要使用合适的转换保证数值被正确的初始化, 对于无符号数相除, 要将高地址部分置零, 对于有符号数相除, 要根据实际情况置零或置一. 零作为除数参与除法运算将会导致程序崩溃, 要避免零除数.
代码例子

bNumA db 63
bNumB db 17
bNumC db 5
bAns1 db 0
bAns2 db 0
bRem2 db 0
bAns3 db 0
wNumA dw 4321
wNumB dw 1234
wNumC dw 167
wAns1 dw 0
wAns2 dw 0
wRem2 dw 0
wAns3 dw 0
dNumA dd 42000
dNumB dd ­3157
dNumC dd ­293
dAns1 dd 0
dAns2 dd 0
dRem2 dd 0
dAns3 dd 0
qNumA dq 730000
qNumB dq ­13456
qNumC dq ­1279
qAns1 dq 0
qAns2 dq 0
qRem2 dq 0
qAns3 dq 0

; ----
; example byte operations, unsigned

; bAns1 = bNumA / 3 (unsigned)
mov  al, byte [bNumA]
mov  ah, 0
mov  bl, 3
div  bl            ; al = ax / 3
mov  byte [bAns1], al

; bAns2 = bNumA / bNumB (unsigned)
mov  ax, 0
mov  al, byte [bNumA]
div  byte [bNumB]       ; al = ax / bNumB
mov  byte [bAns2], al
mov  byte [bRem2], ah   ; ah = ax % bNumB

; bAns3 = (bNumA * bNumC) / bNumB (unsigned)
mov  al, byte [bNumA]
mul  byte [bNumC]       ; result in al
div  byte [bNumB]       ; al = ax / bNumB
mov  byte [bAns3], al

; ----
; example word operations, unsigned

; wAns1 = wNumA / 5 (unsigned)
mov  ax, word [wNumA]
mov  dx, 0
mov  bx, 5
div  bx                 ; ax = dx:ax / 5
mov  word [wAns1], ax

; wAns2 = wNumA / wNumB (unsigned)
mov  dx, 0
mov  ax, word [wNumA]
div  word [wNumB]       ; ax = dx:ax / wNumB
mov  word [wAns2], ax
mov  word [wRem2], dx

; wAns3 = (wNumA * wNumC) / wNumB (unsigned)
mov  ax, word [wNumA]
mul  word [wNumC]       ; result in dx:ax
div  word [wNumB]       ; ax = dx:ax / wNumB
mov  word [wAns3], ax

; ----
; example double­word operations, signed

; dAns1 = dNumA / 7 (signed)
mov  eax, dword [dNumA]
cdq                     ; eax → edx:eax
mov  ebx, 7
idiv ebx                ; eax = edx:eax / 7
mov  dword [dAns1], eax

; dAns2 = dNumA / dNumB (signed)
mov  eax, dword [dNumA]
cdq                     ; eax → edx:eax
idiv dword [dNumB]      ; eax = edx:eax/dNumB
mov  dword [dAns2], eax
mov  dword [dRem2], edx ; edx = edx:eax%dNumB

; dAns3 = (dNumA * dNumC) / dNumB (signed)
mov  eax, dword [dNumA]
imul dword [dNumC]      ; result in edx:eax
idiv dword [dNumB]      ; eax = edx:eax/dNumB
mov  dword [dAns3], eax

; ----
; example quadword operations, signed

; qAns1 = qNumA / 9 (signed)
mov  rax, qword [qNumA]
cqo                     ; rax → rdx:rax
mov  rbx, 9
idiv rbx                ; eax = edx:eax / 9
mov  qword [qAns1], rax

; qAns2 = qNumA / qNumB (signed)
mov  rax, qword [qNumA]
cqo                     ; rax → rdx:rax
idiv qword [qNumB]      ; rax = rdx:rax/qNumB
mov  qword [qAns2], rax
mov  qword [qRem2], rdx ; rdx = rdx:rax%qNumB

; qAns3 = (qNumA * qNumC) / qNumB (signed)
mov  rax, qword [qNumA]
imul qword [qNumC]      ; result in rdx:rax
idiv qword [qNumB]      ; rax = rdx:rax/qNumB
mov  qword [qAns3], rax

逻辑指令 Logical Instructions

基础逻辑指令

与操作
and   <dest>, <src>
and   ax, bx
and   rcx, rdx
and   eax, dword [dNum]
and   qword [qNum], rdx

或操作
or   <dest>, <src>
or   ax, bx
or   rcx, rdx
or   eax, dword [dNum]
or   qword [qNum], rdx

或非操作
xor <dest>, <src>
xor   ax, bx
xor   rcx, rdx
xor   eax, dword [dNum]
xor   qword [qNum], rdx

非操作
not   <op>
not   bx
not   rdx
not   dword [dNum]
not   qword [qNum]

移位操作

逻辑左移, 从右边补零. <imm>和cl 取值必须在1~64之间, <dest>不能是立即数

shl   <dest>, <imm>
shl   <dest>, cl
shl   ax, 8
shl   rcx, 32
shl   eax, cl
shl   qword [qNum], cl

逻辑右移, 从左边补零. <imm>和cl 取值必须在1~64之间, <dest>不能是立即数

shr   <dest>, <imm>
shr   <dest>, cl
shr   ax, 8
shr   rcx, 32
shr   eax, cl
shr   qword [qNum], cl

算术移位将运算数作为一个有符号数进行处理并保留符号. 但是算数移位使用的是四舍五入而标准除法使用的是裁剪, 所以不能用算术移位代替除法指令

算术左移

sal   <dest>, <imm>
sal   <dest>, cl
sal   ax, 8
sal   rcx, 32
sal   eax, cl
sal   qword [qNum], cl

算术右移

sar   <dest>, <imm>
sar   <dest>, cl
sar   ax, 8
sar   rcx, 32
sar   eax, cl
sar   qword [qNum], cl

循环移位指令只是移位方向不同，它们移出的位不仅要进入CF，而且还要填补空出的位

循环左移

rol   <dest>, <imm>
rol   <dest>, cl
rol   ax, 8
rol   rcx, 32
rol   eax, cl
rol   qword [qNum], cl

循环右移

ror   <dest>, <imm>
ror   <dest>, cl
ror   ax, 8
ror   rcx, 32
ror   eax, cl
ror   qword [qNum], cl

控制指令 Control Instructions

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