匯編指令入門級(jí)整理 | 原力計(jì)劃（匯編指令詳解）

作者 | AlbertS

出品 | CSDN 博客

前言

我們大都是被高級(jí)語(yǔ)言慣壞了的一代，源源不斷的新特性正在逐步添加到各類高級(jí)語(yǔ)言之中，匯編作為最接近機(jī)器指令的低級(jí)語(yǔ)言，已經(jīng)很少被直接拿來(lái)寫程序了，不過(guò)我還真的遇到了一個(gè)，那是之前的一個(gè)同事，因?yàn)樵趯懘a時(shí)遇到了成員函數(shù)權(quán)限及可見性的問(wèn)題，導(dǎo)致他無(wú)法正確調(diào)用想執(zhí)行的函數(shù)，結(jié)果他就開始在 C 代碼里嵌入?yún)R編了，繞過(guò)了種種限制終于如愿以償，但是讀代碼的我們傻眼了…

因?yàn)轫?xiàng)目是跨平臺(tái)的，代碼推送的 Linux 上編譯的時(shí)候他才發(fā)現(xiàn)，匯編代碼的語(yǔ)法在 Linux 和 Windows 上居然是不一樣的，結(jié)果他又用一個(gè)判斷平臺(tái)的宏定義“完美”的解決了，最終這些代碼肯定是重寫了啊，因?yàn)榭勺x性太差了，最近在學(xué)習(xí)左值、右值、左引用和右引用的時(shí)候，總是有人用程序編譯生成的中間匯編代碼來(lái)解釋問(wèn)題，看得我迷迷糊糊，所以決定熟悉一下簡(jiǎn)單的匯編指令，邊學(xué)習(xí)邊記錄，方便今后忘記了可以直接拿來(lái)復(fù)習(xí)。

什么是匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言是最接近機(jī)器語(yǔ)言的編程語(yǔ)言，引用百科中的一段話解釋為：

匯編語(yǔ)言（assembly language）是一種用于電子計(jì)算機(jī)、微處理器、微控制器或其他可編程器件的低級(jí)語(yǔ)言，亦稱為符號(hào)語(yǔ)言。在匯編語(yǔ)言中，用助記符代替機(jī)器指令的操作碼，用地址符號(hào)或標(biāo)號(hào)代替指令或操作數(shù)的地址。匯編語(yǔ)言又被稱為第二代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。

匯編語(yǔ)言產(chǎn)生的原因

對(duì)于絕大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，二進(jìn)制程序是不可讀的，當(dāng)然有能人可以讀，比如第一代程序員，但這類人快滅絕了，直接看二進(jìn)制不容易看出來(lái)究竟做了什么事情，比如最簡(jiǎn)單的加法指令二進(jìn)制表示為 00000011，如果它混在一大串01字符串中就很難把它找出來(lái)，所以匯編語(yǔ)言主要就是為了解決二進(jìn)制編碼的可讀性問(wèn)題。

匯編與二進(jìn)制的關(guān)系

換句話來(lái)說(shuō)，匯編語(yǔ)言就是把給機(jī)器看的二進(jìn)制編碼翻譯成人話，匯編指令是機(jī)器指令的助記符，與機(jī)器指令是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，是一種便于閱讀和記憶的書寫格式。有效地解決了機(jī)器指令編寫程序難度大的問(wèn)題，并且使用編譯器，可以很方便的把匯編程序轉(zhuǎn)譯成機(jī)器指令程序，比如之前提到的 00000011 加法指令，對(duì)應(yīng)的匯編指令是 ADD，在調(diào)用匯編器時(shí)就會(huì)把 ADD 翻譯成 00000011。

寄存器

說(shuō)到匯編指令不得不提到寄存器，寄存器本身是用來(lái)存數(shù)據(jù)的，因?yàn)?CPU 本身只負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)需要單獨(dú)儲(chǔ)存在其他的地方，但是對(duì)于不熟悉寄存器的人來(lái)說(shuō)會(huì)有疑惑，數(shù)據(jù)不是存在硬盤上嗎？或者說(shuō)數(shù)據(jù)不是存在內(nèi)存中嗎？這些想法都沒(méi)錯(cuò)，那么寄存器是用來(lái)做什么的呢？

寄存器作用

其實(shí)硬盤、內(nèi)存都是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，但是 CPU 的運(yùn)算速度遠(yuǎn)高于內(nèi)存的讀寫速度，更不用說(shuō)從硬盤上取數(shù)據(jù)了，所以為了避免被拖慢速度影響效率，CPU 都自帶一級(jí)緩存和二級(jí)緩存，一些 CPU 甚至增加了三級(jí)緩存，從這些緩存中讀寫數(shù)據(jù)要比內(nèi)存快很多，但是還是無(wú)法使用飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的 CPU，所以才會(huì)有寄存器的存在。

寄存器不是后來(lái)增加的，在最初的計(jì)算中就已經(jīng)設(shè)計(jì)出來(lái)，相比而言，多級(jí)緩存出現(xiàn)的更晚一些，通常那些最頻繁讀寫的數(shù)據(jù)都會(huì)被放在寄存器里面，CPU 優(yōu)先讀寫寄存器，再通過(guò)寄存器、緩存跟內(nèi)存來(lái)交換數(shù)據(jù)，達(dá)到緩沖的目的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)名稱訪問(wèn)寄存器，這樣訪問(wèn)速度是最快的，因此也被稱為零級(jí)緩存。

存取速度比較

通過(guò)上面的敘述我們可以知道存取速度從高到低分別是: 寄存器 > 1級(jí)緩存 > 2級(jí)緩存 > 3級(jí)緩存 > 內(nèi)存 > 硬盤，關(guān)于它們的存取速度，舉個(gè)例子很容易就能明白了，比如我們做菜（CPU工作）時(shí)，取手中（寄存器）正拿著的肉和蔬菜肯定是最快的，如果沒(méi)有就需要把案板上（1級(jí)緩存）處理好的菜拿過(guò)來(lái)，如果案板上沒(méi)有就在更遠(yuǎn)一點(diǎn)的洗菜池（2級(jí)緩存）中找一找，還沒(méi)找到的話就要到冰箱（3級(jí)緩存）中看一看了，這時(shí)發(fā)現(xiàn)家里真沒(méi)有，那去樓下的菜店（內(nèi)存）去買點(diǎn)吧，轉(zhuǎn)了一圈發(fā)現(xiàn)沒(méi)有想要的，最后還是開車去農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)（硬盤）買吧。

通過(guò)上面這個(gè)例子應(yīng)該能明白它們的速度關(guān)系了，既然緩存這么快，為什么不用緩存代替內(nèi)存，或者將2、3級(jí)緩存都換成1級(jí)緩存呢？這里邊有一個(gè)成本問(wèn)題，速度越快對(duì)應(yīng)著價(jià)格越高，如果你買過(guò)機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤應(yīng)該很容易就理解了。

寄存器分類

常用的 x86 CPU 寄存器有8個(gè)：EAX 、EBX、ECX、EDX、EDI、ESI、EBP、ESP，據(jù)說(shuō)現(xiàn)在寄存器總數(shù)已經(jīng)超過(guò)100個(gè)了，等我找到相關(guān)資料再來(lái)補(bǔ)充，上面這幾個(gè)寄存器是最常用的，這些名字也常常出現(xiàn)在匯編的代碼中。

我們常說(shuō)的32位、64位 CPU 是指數(shù)據(jù)總線的寬度或根數(shù)，而寄存器是暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果的單元，因此寄存器的位數(shù)也就是處理數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)總線的根數(shù)是相同的，所以32位 CPU 對(duì)應(yīng)的寄存器也應(yīng)該是32位的。

常用寄存器用途

上面提到大8個(gè)寄存器都有其特定的用途，我們以32位 CPU 為例簡(jiǎn)單說(shuō)明下這些寄存器的作用，整理如下表：

寄存器EAX、AX、AH、AL的關(guān)系

在上面的圖標(biāo)中每個(gè)常用寄存器后面還有其他的名字，它們是同一個(gè)寄存器不同用法下的不同名字，比如在32位 CPU 上，EAX是32位的寄存器，而AX是EAX的低16位，AH是AX的高8位，而AL是AX的低8位，它們的對(duì)照關(guān)系如下：

00000000 00000000 00000000 00000000
|===============EAX===============|---4個(gè)字節(jié)
|======AX=======|---2個(gè)字節(jié)
|==AH===|-----------1個(gè)字節(jié)
|===AL==|---1個(gè)字節(jié)


匯編語(yǔ)言指令

終于說(shuō)到匯編常用指令了，因?yàn)?linux 和 windows 下的匯編語(yǔ)法是有些不同的，所以下面我們先通過(guò) windows 下的匯編指令來(lái)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)一下，后續(xù)再來(lái)比較兩者的不同。

數(shù)據(jù)傳送指令

算術(shù)運(yùn)算指令

邏輯運(yùn)算指令

循環(huán)控制指令

轉(zhuǎn)移指令

Linux 和 windows 下匯編的區(qū)別

前面說(shuō)到 linux 和 windows 下的匯編語(yǔ)法是不同的，其實(shí)兩種語(yǔ)法的不同和系統(tǒng)不同沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系，一般在 linux 上會(huì)使用 gcc/g 編譯器，而在 windows 上會(huì)使用微軟的 cl 也就是 MSBUILD，所以產(chǎn)生不同的代碼是因?yàn)榫幾g器不同，gcc 下采用的是AT&T的匯編語(yǔ)法格式，MSBUILD 采用的是Intel匯編語(yǔ)法格式。

總結(jié)

• 匯編指令是機(jī)器指令的助記符，與機(jī)器指令是一一對(duì)應(yīng)的

• AT&T的匯編語(yǔ)法格式和Intel匯編語(yǔ)法格式的是不同的

• 常用寄存器：EAX 、EBX、ECX、EDX、EDI、ESI、EBP、ESP

• 存取速度從高到低分別是: 寄存器 > 1級(jí)緩存 > 2級(jí)緩存 > 3級(jí)緩存 > 內(nèi)存 > 硬盤

• 常用的匯編指令：mov、je、jmp、call、add、sub、inc、dec、and、or

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