x86-64常用指令总结

2023-11-23 02:03:24

文章目录

数据格式
寄存器
操作数格式(寻址方式)
数据传送指令
压入和弹出栈数据
算术和逻辑操作
控制指令
- 条件码
- 访问条件码
- 跳转指令
- 条件传送指令
转移控制

个人博客

本文将《深入理解计算机系统》中涉及到的 x86-64 常用指令进行了总结，需要的时候方便查询

本文采取的是ATT格式的汇编代码，这是 gcc、objdump 等工具的默认格式。但是在其他一些工具里，比如说微软的工具和 Intel 的文档里，其汇编代码都是 Intel 格式的

数据格式

Intel 数据类型	汇编代码后缀	大小(字节)
字节	b	1
字	w	2
双字	l	4
四字	q	8
单精度	s	4
双精度	l	8

Intel 使用 字(word) 表示16位数据类型

汇编指令除了要指明操作对象，还要指明操作对象的数据类型及长度。为了指明操作对象的数据类型及长度，可以在指令后面加上表示数据类型的后缀，比如 movl 和 movq分别表示操作的对象为双字和四字，gcc 生成的汇编代码一般都有这样的一个字符后缀；但其实操作对象的长度也可以通过寄存器给出，比如说eax和rax分别表示32位和64位，因此指令后面不加后缀也是可以的

寄存器

在这里插入图片描述

%ebp 和 %esp：栈是从高地址向低地址延伸的。每个函数的每次调用，都有它自己独立的一个栈帧，%esp总是指向当前栈帧的顶部(低地址)，而%ebp通常指向当前栈帧的底部(高地址)，用于在栈帧中寻址

操作数格式(寻址方式)

类型	格式	操作数值	名称
立即数	$Imm	Imm	立即数寻址
寄存器	$r_a$	R[ $r_a$ ]	寄存器寻址
存储器	Imm	M[Imm]	绝对寻址
存储器	( $r_a$ )	M[R[ $r_a$ ]]	间接寻址
存储器	Imm( $r_b$ )	M[Imm+R[ $r_b$ ]]	（基址+偏移量）寻址
存储器	( $r_b,r_i$ )	M[R[ $r_b$ ]+R[ $r_i$ ]]	变址寻址
存储器	Imm( $r_b,r_i$ )	M[Imm+R[ $r_b$ ]+R[ $r_i$ ]]	变址寻址
存储器	( $r_i,s$ )	M[R[ $r_i$ ] $\cdot s$ ]	比例变址寻址
存储器	Imm( $r_i,s$ )	M[Imm+R[ $r_i$ ] $\cdot s$ ]	比例变址寻址
存储器	( $r_b,r_i,s$ )	M[R[ $r_b$ ]+R[ $r_i$ ] $\cdot s$ ]	比例变址寻址
存储器	Imm( $r_b,r_i,s$ )	M[Imm+R[ $r_b$ ]+R[ $r_i$ ] $\cdot s$ ]	比例变址寻址

数据传送指令

指令	效果	描述
$\text{MOV }S, D$	$D\leftarrow S$	传送
movb movw movl movq movabsp		传送字节传送字传送双字传送四字传送绝对的四字

x86-64 约定，传送指令的两个操作数不能都指向内存位置

指令	效果	描述
$\text{MOVZ }S, D$	$D\leftarrow \text{零扩展}(S)$	以零扩展进行传送
movzbw movzbl movzwl movzbq movzwq		将做了零扩展的字节传送到字将做了零扩展的字节传送到双字将做了零扩展的字传送到双字将做了零扩展的字节传送到四字将做了零扩展的字传送到四字

指令	效果	描述
$\text{MOVS }S, D$	$D\leftarrow \text{符号扩展}(S)$	以零扩展进行传送
movsbw movsbl movswl movsbq movswq movslq cltq	%rax $\leftarrow$ 符号拓展(%eax)	将做了符号扩展的字节传送到字将做了符号扩展的字节传送到双字将做了符号扩展的字传送到双字将做了符号扩展的字节传送到四字将做了符号扩展的字传送到四字将做了符号扩展的双字传送到四字把%eax符号扩展到%rax

压入和弹出栈数据

指令	效果	描述
pushq S popq D	R[%rsp] $\leftarrow$ R[%rsp]-8; M[R[%rsp]] $\leftarrow$ S D $\leftarrow$ M[R[%rsp]]; R[%rsp] $\leftarrow$ R[%rsp]+8	将四字压入栈将四字弹出栈

这两个操作都会修改%rsp的值

算术和逻辑操作

指令	效果	描述
leaq S, D	D $\leftarrow$ &S	加载有效地址该指令实际上是movq指令的变形，它的指令形式是从内存读数据到寄存器，但实际上它没有引用内存，而是将有效地址写入到目的操作数，比如 `leaq 7(%rdi,%rsi,4),%rax` 会把%rax设置为 `%rdi+4*%rsi+7`
INC D DEC D NEG D NOT D	D $\leftarrow$ D + 1 D $\leftarrow$ D - 1 D $\leftarrow$ -D D $\leftarrow$ ~D
ADD S,D SUB S,D IMUL S,D XOR S,D OR S,D AND S,D	D $\leftarrow$ D + S D $\leftarrow$ D - S D $\leftarrow$ D * S D $\leftarrow$ D ^ S D $\leftarrow$ D \| S D $\leftarrow$ D & S
SAL k,D SHL k,D SAR k,D SHR	D $\leftarrow$ D << k D $\leftarrow$ D << k D $\leftarrow$ D >>(算数) k D $\leftarrow$ D >>(逻辑) k	左移左移（等同于SAL）算术右移逻辑右移

注意，ADD S,D 由四条加法指令组成，即 addb, addw, addl 和 addq，其他指令也是如此

Intel把16字节的数称为八字(oct word)。下面是一些特殊的指令：

指令	效果	描述
imulq S mulq S	R[%rdx]:R[%rax] $\leftarrow$ S * R[%rax] R[%rdx]:R[%rax] $\leftarrow$ S * R[%rax]	有符号乘法，结果高64位放在%rdx，低64位放在%rax 无符号乘法，结果高64位放在%rdx，低64位放在%rax
clto	R[%rdx]:R[%rax] $\leftarrow$ 符号拓展(R[%rax])	将%rax符号拓展为8字，高64位放在%rdx
idivq divq	R[%rdx] $\leftarrow$ (R[%rdx]:R[%rax]) mod S R[%rdx] $\leftarrow$ (R[%rdx]:R[%rax]) $\div$ S R[%rdx] $\leftarrow$ (R[%rdx]:R[%rax]) mod S R[%rdx] $\leftarrow$ (R[%rdx]:R[%rax]) $\div$ S	有符号除法，将%rdx作为被除数的高64位，%rax作为被除数的低64位无符号除法，将%rdx作为被除数的高64位，%rax作为被除数的低64位

控制指令

条件码

CPU维护着一组单个位的条件码寄存器，它们描述了最近的算数或者逻辑操作的属性，可以检查这些寄存器来执行条件分支指令。最常用的条件码有：

CF：进位标志，最近的操作使最高位产生了进位，可用于检查无符号操作的溢出
ZF：零标志，最近的操作得出的结果为0
SF：符号标志，最近的操作得到的结果为负数
OF：溢出标志，最近的操作导致一个补码溢出（正溢出获负溢出）

算术和逻辑操作列出的指令中，除了leaq，其他指令都会修改条件码寄存器

除了算数和逻辑操作指令可以改变条件码寄存器，下面的指令也可以改变:

指令	基于	描述
CMP S1,S2	S2 - S1	比较，根据 `S2 - S1` 的值来设置条件码寄存器
TEST S1,S2	S1 & S2	根据 `S1 & S2` (逻辑与，不是按位与)的值来设置条件码寄存器

访问条件码

条件码通常不会直接读取，常用的使用方法有三种

更具条件码的某种组合，将一个字节设置为0或者1
根据条件码进行跳转
有条件地传送数据

对于第一种情况，将这一整类指令称为SET指令

指令	同义名	效果	设置条件
sete D setne D	setz setnz	D $\leftarrow$ ZF D $\leftarrow$ ~ZF	相等/零不等/非零
sets D setns D		D $\leftarrow$ SF D $\leftarrow$ ~SF	负数非负数
setg D setge D setl D setle D	setnle setnl setnge setng	D $\leftarrow$ ~(SF^OF) & ~ZF D $\leftarrow$ ~(SF^OF) D $\leftarrow$ SF^OF D $\leftarrow$ SF^OF \| ZF	有符号大于有符号大于等于有符号小于有符号小于等于
seta D setae D setb setbe	setnbe setnb setnae setna	D $\leftarrow$ ~CF & ~ZF D $\leftarrow$ ~CF D $\leftarrow$ CF D $\leftarrow$ CF \| ZF	无符号大于无符号大于等于无符号小于无符号小于等于

跳转指令

指令	同义名	跳转条件	描述
jmp Label jmp *Operand		1 1	直接跳转间接跳转
je Label jne Label	jz jnz	ZF ~ZF	相等不相等
js Label jns Label		SF ~SF	负数非负数
jg Label jge Label jl Label jle Label	jnle jnl jnge jng	~(SF^OF) & ~ZF ~(SF^OF) SF^OF SF^OF \|ZF	有符号大于有符号大于等于有符号小于有符号小于等于
ja Label jae Label jb Label jbe Label	jnbe jnb jnae jna	~CF & ~ZF ~CF CF CF \| ZF	无符号大于无符号大于等于无符号小于无符号小于等于

条件传送指令

指令	同义名	跳转条件	描述
cmove S,R cmovne S,R	cmovz cmovnz	ZF ~ZF	相等不相等
cmovs S,R cmovns S,R		SF ~SF	负数非负数
cmovg S,R cmovge S,R cmovl S,R cmovle S,R	cmovnle cmovnl cmovnge cmovng	~(SF^OF) & ~ZF ~(SF^OF) SF^OF SF^OF \|ZF	有符号大于有符号大于等于有符号小于有符号小于等于
cmova S,R cmovae S,R cmovb S,R cmovbe S,R	cmovnbe cmovnb cmovnae cmovna	~CF & ~ZF ~CF CF CF \| ZF	无符号大于无符号大于等于无符号小于无符号小于等于

转移控制

指令	描述
call Label call *Operand ret	过程调用过程调用从过程调用中返回

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