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x86 汇编/控制流

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x86 汇编
快速链接: 寄存器 • 移动 • 跳转 • 计算 • 逻辑 • 重排 • 其他 • FPU

维基百科 在 控制流 上有相关信息

几乎所有编程语言都有改变语句执行顺序的能力，汇编也不例外。指令指针 (EIP) 寄存器包含要执行的下一条指令的地址。为了改变控制流，程序员必须能够修改 EIP 的值。这就是控制流函数发挥作用的地方。

mov eip, label   ; wrong
jmp label        ; right


比较指令

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test 引用，累加器 GAS 语法
test 累加器，引用 Intel 语法


对 累加器 和 引用 进行按位逻辑 and 操作，我们将结果称为 commonBits，并根据 commonBits 设置 ZF（零）、SF（符号）和 PF（奇偶校验）标志。然后丢弃 CommonBits。


操作数

引用

  • 寄存器
  • 立即数

累加器

  • 寄存器（如果 引用 是立即数，则可以对 AL/AX/EAX 进行特殊编码）
  • 内存

修改后的标志

  • SF ≔ MostSignificantBit(commonBits)
  • ZF ≔ (commonBits = 0)，因此设置 ZF 意味着 累加器 和 引用 没有共同的设置位
  • PF ≔ BitWiseXorNor(commonBits[Max-1:0])，因此当且仅当 commonBits[Max-1:0] 具有偶数个 1 位时，PF 设置为 1
  • CF ≔ 0
  • OF ≔ 0
  • AF 未定义

应用

  • 将同一个寄存器传递两次：test rax, rax
    • SF 成为 rax 的符号，这是一个简单的非负性测试
    • 如果 rax 为零，则设置 ZF
    • 如果 rax 具有偶数个设置位，则设置 PF


cmp 被减数，减数 GAS 语法
cmp 减数，被减数 Intel 语法


在 被减数 和 减数 之间执行比较操作。比较操作通过从 被减数 中减去 减数（称为 差）来执行。然后丢弃 差。如果 减数 是一个立即数，它将被符号扩展到 被减数 的长度。EFLAGS 寄存器以与 sub 指令相同的方式设置。

请注意，GAS/AT&T 语法可能相当令人困惑，例如 cmp $0, %rax 后跟 jl branch 将分支到 %rax < 0（而不是像操作数顺序可能预期的那样相反）。


操作数

被减数

  • AL/AX/EAX（仅当 减数 是立即数时）
  • 寄存器
  • 内存

减数

  • 寄存器
  • 立即数
  • 内存


修改后的标志

  • SF ≔ MostSignificantBit(difference)，因此未设置 SF 意味着 difference 为非负（被减数 ≥ 减数 [注意：带符号比较]）
  • ZF ≔ (difference = 0)
  • PF ≔ BitWiseXorNor(difference[Max-1:0])
  • CF、OF 和 AF

跳转指令

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跳转指令允许程序员（间接）设置 EIP 寄存器的值。作为参数传递的位置通常是一个标签。跳转后执行的第一条指令是紧随标签之后的指令。除了 jmp 之外，所有跳转指令都是条件跳转，这意味着只有在条件为真时才会改变程序流。这些指令通常在比较指令（见上文）之后使用，但由于许多其他指令也设置标志，因此此顺序不是必需的。

有关标志及其含义的更多信息，请参见章节“X86 架构”，§ “EFLAGS 寄存器”。

无条件跳转

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jmp loc

用指定的地址加载 EIP（即，执行的下一条指令是 jmp 指定的指令）。

如果相等则跳转

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je loc

ZF = 1

如果先前 cmp 指令的操作数相等，则用指定的地址加载 EIP。je 与 jz 相同。例如

mov ecx, $5
mov edx, $5
cmp ecx, edx
je equal
; if it did not jump to the label equal,
; then this means ecx and edx are not equal.
equal:
; if it jumped here, then this means ecx and edx are equal

如果不相等则跳转

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jne loc

ZF = 0

如果先前 cmp 指令的操作数不相等，则用指定的地址加载 EIP。jne 与 jnz 相同

如果大于则跳转

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jg loc

SF = OF 且 ZF = 0

如果先前 cmp 指令的 被减数 大于第二个（执行带符号比较），则用指定的地址加载 EIP。

如果大于或等于则跳转

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jge loc

SF = OF 或 ZF = 1

如果先前 cmp 指令的 被减数 大于或等于 减数（执行带符号比较），则用指定的地址加载 EIP。

如果高于（无符号比较）则跳转

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ja loc

CF = 0 且 ZF = 0

如果先前 cmp 指令的 被减数 大于 减数，则用指定的地址加载 EIP。ja 与 jg 相同，只是它执行无符号比较。

这意味着，以下代码段始终跳转（除非 rbx 也为 -1），因为负一在二进制补码中表示为所有位都设置。

mov rax, -1 // rax := -1
cmp rax, rbx
ja loc

将所有位都设置为 1（不将任何位视为符号）的值为 2ⁿ-1（其中 n 是寄存器的长度）。这是寄存器可以保存的最大无符号值。

如果高于或等于（无符号比较）则跳转

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jae loc

CF = 0 或 ZF = 1

如果之前 `cmp` 指令的 `被减数` 大于或等于 `减数`，则将 `EIP` 加载到指定地址。`jae` 与 `jge` 相同，区别在于它执行无符号比较。

小于则跳转

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jl loc

`jl` 所需的条件是 `SF` ≠ `OF`。如果满足该条件，则将 `EIP` 加载到指定地址。因此，`SF` 或 `OF` 可以设置，但不能同时设置以满足该条件。如果以 `sub`（基本上等同于 `cmp`）指令为例，我们有

`被减数` - `减数`

关于 `sub` 和 `cmp`，有几种情况满足该条件

  1. `被减数` < `减数` 且操作没有溢出
  2. `被减数` > `减数` 且操作溢出


在第一种情况下，`SF` 将被设置，但 `OF` 不会被设置；在第二种情况下，`OF` 将被设置，但 `SF` 不会被设置，因为溢出会将最高有效位重置为零，从而阻止 `SF` 被设置。`SF` ≠ `OF` 条件避免了以下情况

  1. `被减数` > `减数` 且操作没有溢出
  2. `被减数` < `减数` 且操作溢出
  3. `被减数` = `减数`

在第一种情况下，`SF` 和 `OF` 都不设置；在第二种情况下，`OF` 将被设置，`SF` 也将被设置，因为溢出会将最高有效位重置为 1；在最后一种情况下，`SF` 和 `OF` 都不设置。

小于或等于则跳转

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jle loc

`SF` ≠ `OF` 或 `ZF = 1`。

如果之前 `cmp` 指令的 `被减数` 小于或等于 `减数`，则将 `EIP` 加载到指定地址。有关条件的更详细说明，请参阅`jl` 部分。

小于则跳转（无符号比较）

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jb loc

CF = 1

如果之前 CMP 指令的第一个操作数小于第二个操作数，则将 EIP 加载到指定地址。`jb` 与 `jl` 相同，区别在于它执行无符号比较。

mov rax, 0   ; rax ≔ 0
cmp rax, rbx ; rax ≟ rbx
jb loc       ; always jumps, unless rbx is also 0

小于或等于则跳转（无符号比较）

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jbe loc

CF = 1 或 ZF = 1

如果之前 `cmp` 指令的 `被减数` 小于或等于 `减数`，则将 `EIP` 加载到指定地址。`jbe` 与 `jle` 相同，区别在于它执行无符号比较。

等于零则跳转

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jz loc

ZF = 1

如果之前算术表达式的零位被设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。`jz` 与 `je` 相同。

不等于零则跳转

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jnz loc

ZF = 0

如果之前算术表达式的零位未设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。`jnz` 与 `jne` 相同。

符号位被设置则跳转

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js loc

SF = 1

如果之前算术表达式的符号位被设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。

符号位未被设置则跳转

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jns loc

SF = 0

如果之前算术表达式的符号位未设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。

进位标志被设置则跳转

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jc loc

CF = 1

如果之前算术表达式的进位标志被设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。

进位标志未被设置则跳转

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jnc loc

CF = 0

如果之前算术表达式的进位标志未设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。

溢出标志被设置则跳转

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jo loc

OF = 1

如果之前算术表达式的溢出标志被设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。

溢出标志未被设置则跳转

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jno loc

OF = 0

如果之前算术表达式的溢出标志未设置，则将 `EIP` 加载到指定地址。

计数器寄存器等于零则跳转

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jcxz loc

CX = 0

jecxz loc

ECX = 0

jrcxz loc

RCX = 0

如果计数器寄存器为零，则将 `EIP` 加载到指定地址。

应用

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  • 该指令的存在使得计数器寄存器特别适合保存（高级语言）指针：在大多数编程语言中，“空指针”（无效指针）由数字值 0 实现。通常，您不想取消引用这样的空指针，因为结果将是错误的，甚至会导致 GPF。通过使用 jecx 跳转到一些处理此错误的代码，您可以在尝试取消引用指针值之前避免陷入这种状况。您不需要额外的 test ecx, ecx。
  • 如果您使用 loop 指令实现循环，但请求的迭代次数可能为零，您可能希望在循环主体之前插入 jecx。否则，loop 将递减零，从而最终执行 232 次迭代。

函数调用

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call proc

将 `call` 调用后面的指令地址（即通常是源代码中的下一行）压入堆栈顶部，然后跳转到指定位置。这主要用于子例程。

ret [val]

将堆栈上的下一个值弹出到 `EIP` 中，然后从堆栈中弹出指定数量的字节。如果未提供 `val`，则该指令在返回后不会从堆栈中弹出任何值。

循环指令

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loop arg

loop 指令递减 ECX 并跳转到 arg 指定的地址，除非递减 ECX 使其值变为零。例如

	mov ecx, 5 ; ecx ≔ 5
head:
	; the code here would be executed 5 times
	loop head

loop 不设置任何标志。

loopcc arg

这些循环指令递减 ECX 并跳转到 arg 指定的地址，如果它们的条件满足（即，特定的标志被设置），除非递减 ECX 使其值变为零。

  • loope 如果相等则循环
  • loopne 如果不相等则循环
  • loopnz 如果不为零则循环
  • loopz 如果为零则循环

这样，只有测试非零 ECX 可以与测试 ZF 相结合。其他标志不能被测试，比如没有 loopnc “当 ECX ≠ 0 且 CF 未设置时循环”。

进入和离开

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enter arg

enter 在堆栈上分配指定的空间创建堆栈帧。

leave

leave 销毁当前堆栈帧，并恢复之前的帧。使用英特尔语法，这等效于

mov esp, ebp ; esp ≔ ebp
pop ebp

这将使 EBP 和 ESP 设置为函数序言开始之前各自的值，从而逆转序言期间对堆栈进行的任何修改。

其他控制指令

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hlt

停止处理器。执行将在处理下一个硬件中断后恢复，除非 IF 被清除。

nop

无操作。此指令不执行任何操作，但在处理器中浪费（一个）指令周期。

此指令通常表示为 xchg 操作，操作数为 EAX 和 EAX（一个没有副作用的操作），因为没有指定的操作码用于不执行任何操作。这只是一个顺便提及，这样你不会与反汇编代码混淆。

lock

在下一条指令上断言 #LOCK 前缀。

wait

等待 FPU 完成其最后一个计算。

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