汇编语言程序设计06整数运算指令与高级过程.ppt

汇编语言程序设计,_06_整数运算指令与高级过程 大连理工大学软件学院_朱明 2009年5月31日_ V1.1,提问与回顾,第五章内容中我们介绍并练习了外部链接库中的一些常用过程 调用这些过程使用什么指令? 在逻辑运算部分内容中 AND指令用于进行逻辑与运算，但他在改变标志位的同时也改变了目的操作数，什么指令能够实现逻辑与运算功能但只改变标志位而不改变操作数？ 同样，哪条指令与SUB类似但只改变标志位？ 该条指令比较后，如相等则跳转，应使用什么指令？ 尝试将下面的为指令转化成为汇编代码和决策伪指令,汇编语言程序设计 - 朱明,2,if (bx cx) X=1;,提问与回顾,SHL（Shift Left），逻辑左移操作 最低位以0填充，最高位传送到CF中 SHR（Shift Right），逻辑右移操作 最高位以0填充，最低位传送到CF中 左移和右移的意义：乘法和除法,逻辑移位,汇编语言程序设计 - 朱明,3,SHL/SHR reg, imm8 mem, imm8 reg, CL mem, CL,mov al, 0D0h,AL = 1101 0000b,shr al, 1,AL = 0110 1000b,CF = 1,Section 1,逻辑移位,课堂练习题目位串分离 如果需要从一个字或者字节中的特定区域提取一系列位，这些位称为位串 例如文件的时间戳（文件最后访问时间）的分离,汇编语言程序设计 - 朱明,4,Section 1,DH,DL,year,month,day,mov al, dl and al, 01Fh mov day, al,mov ax, dx shr ax, 5 and al, 0Fh mov month, al,mov al, dh shr al, 1 and ah, 0h add ax, 1980 mov year, ax,SAL（Shift Arithmetic Left），算术左移操作 最低位以0填充，最高位传送到CF中，同SHL SAR（Shift Arithmetic Right），算术右移操作 最高位以自身填充，最低位传送到CF中 右移的算术意义：有符号数除法,算术移位,汇编语言程序设计 - 朱明,5,SAL/SAR reg, imm8 mem, imm8 reg, CL mem, CL,mov al, -128,AL = 1000 0000b,sar al, 4,AL = 1111 1000b,Section 1,ROL（Rotate Left），循环左移操作 最低位以最高位填充，最高位传送到CF中 ROR（Rotate Right），循环右移操作 最高位以最低位填充，最低位传送到CF中 循环移位不丢弃数据 可用来将特定的位移入CF中,循环移位,汇编语言程序设计 - 朱明,6,ROL/ROR reg, imm8 mem, imm8 reg, CL mem, CL,Section 1,SHLD（Shift Left Double），双精度左移操作 目的操作数向左移指定位数 空位用源操作数的高位填充 源操作数不会有任何改变 SHRD（Shift Right Double） 目的操作数向右移指定位数 空位用源操作数的低位填充 源操作数不会有任何改变,双精度移位,汇编语言程序设计 - 朱明,7,SHLD/SHLR reg16, reg16, CL/imm8 mem16,reg16, CL/imm8 reg32, reg32, CL/imm8 mem32,reg32, CL/imm8,Section 1,bx,ax,mov bx, 9BA6h mov ax, 0AC36h shld bx, ax, 4,乘法指令,MUL无符号数乘法指令 8位、16位或32位被乘数依次为AL、AX或EAX 对应的乘数可以是尺寸相等的寄存器或内存 对应结果保存在AX、DX:AX、EDX:EAX中 CF标值位的影响 高半部分如果不为0则CF位置位,汇编语言程序设计 - 朱明,8,MUL reg/mem8 reg/mem16 reg/mem32,Section 2,mov eax, 12345h mov ebx, 10000h mul ebx,EDX:EAX = 0000 0001 2345 0000h CF = 1,乘法指令,IMUL有符号数乘法指令 IMUL有单操作数、双操作数和三操作数三种格式 单操作数的情况与MUL相同 此时如果高半部分是结果的符号位扩展则OF=0,汇编语言程序设计 - 朱明,9,mov al, 48 mov bl, 4 imul bl,AX = 00C0h OF = 1,IMUL reg/mem8 reg/mem16 reg/mem32,mov al, -4 mov bl, 4 imul bl,AX = FFF0h OF = 0,mov ax, 48 mov bx, 4 imul bx,DX = 0000h AX = 00C0h OF = 0,Section 2,乘法指令,IMUL有符号数乘法指令 IMUL有单操作数、双操作数和三操作数三种格式 双操作数的乘积存储在第一个操作数中，但只能是寄存器，第二个操作数可以是寄存器、内存操作数或者立即数 三操作数的乘积存储在第一个操作数中，但只能是寄存器，第二操作数可以是寄存器或内存，第三操作数是立即数 要特别注意运算结果的尺寸问题：超出则CF和OF置位,汇编语言程序设计 - 朱明,10,Section 2,IMUL，双操作数 reg16, reg/mem16 reg16, imm8/16 reg32, reg/mem32 reg32, imm8/32,IMUL，三操作数 reg16,reg/mem16,imm8 reg16,reg/mem16,imm16 reg32,reg/mem32,imm8 reg32,reg/mem32,imm32,乘法指令,关于MUL和IMUL乘法的问题 传统意义上对于乘法运算是能少用就尽量少用 乘法的执行效率要低于移位操作的速度 理论上后一种方法的执行效率要远高于前一种方法 但是对于某些处理器则可能有所不同 老式的体系结构上，如Pentium4，比较会很明显 在嵌入式系统上，比较同样会很明显 在Core以上的体系结构上，比较结果不明显,汇编语言程序设计 - 朱明,11,Section 2,mov ebx, eax shl eax, 5 shl ebx, 2 add eax, ebx,mov ebx, 36 mul ebx,除法指令,DIV无符号数除法指令,汇编语言程序设计 - 朱明,12,DIV reg/mem8 reg/mem16 reg/mem32,Section 3,mov ax, 83h mov bl, 2 div bl,AL = 41h AH = 1,mov dx, 0 mov ax, 8003 mov cx, 100 div cx,AX = 80 DX = 3,除法指令,IDIV有符号数除法指令 在进行除法指令前,应首先进行符号位扩展 符号位扩展用于将AL、AX和EAX的符号分别扩展至AH、DX和EDX中，以保证运算结果的符号正确,汇编语言程序设计 - 朱明,13,IDIV reg/mem8 reg/mem16 reg/mem32,Section 3,mov al, -48 cbw mov bl, 5 idiv bl,AL = -9 AH = -3,除法指令,除法的溢出问题（超出寄存器范围） 除法的商过大导致目的操作数无法装载 使用更大的寄存器可以减少溢出的问题,汇编语言程序设计 - 朱明,14,DIV/IDIV reg/mem8 reg/mem16 reg/mem32,Section 3,mov ax, 1000h mov bl, 10h div bl,AL = 100h?,乘法和除法运算,使用汇编语言完成以下算术运算,汇编语言程序设计 - 朱明,15,Section 3,val4 = ( val1 + val2 ) *val3,val4 = ( val1 *5 ) / ( val2 - 3 ),val4 = ( val1 * (-5) / ( -val2 % 3 ),mov eax, val1 add eax, val2 mul val3 jc tooBig mov val4, eax jmp ;后面程序 tooBig: ;数据过大的处理,加法扩展,如何实现两个64位整数的加法运算？ 64位模式下的RAX 加法扩展指令ADC ADC（Add with Carry）指令将源操作数、目的操作数以及进位标志位相加 0FFh + 0FFh = AL？可以保存？ 0FFh + 0FFh = DL:AL,汇编语言程序设计 - 朱明,16,ADC reg, reg mem, reg reg, mem mem, imm reg, imm,Section 4,mov al, 0FFh add al, 0FFh,AL = FEh, CF = 1,adc dl, 0,DL = DL + 1,加法扩展,0FFFF FFFFh + 0FFFF FFFFh = EDX:EAX ADC指令在进行加法运算时，会将CF标志位也作为一个加数参与加法运算 通过加法扩展指令实现64位的加法运算？ 结果保存在DWORD数组中,汇编语言程序设计 - 朱明,17,mov edx, 0 mov eax, 0FFFFFFFFh add eax, 0FFFFFFFFh,EAX = FFFF FFFEh CF = 1,adc edx, 0,EDX = 0000 0001h CF = 0,Section 4,加法扩展,两个64位数的定义 数据在内存中的存储与阶段运算,汇编语言程序设计 - 朱明,18,val1 QWORD 0A2B2 A406 7498 1234h val2 QWORD 08010 8700 0023 4502h sum DWORD 3 DUP(?),34,12,98,74,B2,A2,02,45,23,00,10,+,80,val1 ESI,val2 EDI,L1: mov eax, esi adc eax, edi pushfd mov ebx, eax add esi, 4 add edi, 4 add ebx, 4 popfd loop L1 adc ebx, 0 popad,sum EBX,+,Section 4,加法扩展,两个64位数的定义 数据在内存中的存储与阶段运算,汇编语言程序设计 - 朱明,19,val1 QWORD 0A2B2 A406 7498 1234h val2 QWORD 08010 8700 0023 4502h sum DWORD 3 DUP(?),34,12,98,74,B2,A2,02,45,23,00,10,+,80,val1 ESI,val2 EDI,main PROC mov esi, OFFSET val1 mov edi, OFFSET val2 mov ebx, OFFSET sum mov ecx, 2 call ;调用前面的过程 mov esi, OFFSET sum mov ebx, 4 mov ecx, 4 call DumpMems,sum EBX,+,Section 4,减法扩展,SBB指令从目的操作数中间去源操作数和进位标志位的值，其操作数与ADC相同 0000 0001 0000 0000h 1 = EAX:EDX 首先减去低32位，CF标志位置位 然后高32位减去CF标志位的值,汇编语言程序设计 - 朱明,20,SBB reg, reg mem, reg reg, mem mem, imm reg, imm,Section 4,mov edx, 0000 0001h mov eax, 0000 0000h sub eax, 0000 0001h,sbb edx, 0,EDX = 0000 0000h EAX = FFFF FFFFh,局部变量,C语言中的局部变量汇编语言中的局部变量 局部变量在单个过程中创建、使用并销毁 局部变量在堆栈上运行，汇编时不确定初始值但是在运行时进行初始化 LOCAL伪指令 LOCAL伪指令定义的变量列表需要占用堆栈空间 要保证堆栈中有足够的空间供局部变量使用,汇编语言程序设计 - 朱明,21,LOCAL 变量列表,LOCAL 标号:类型, 标号:列表 , 标号:列表,Section 5,LOCAL temp:DWORD, Flags:BYTE,局部变量,LOCAL伪指令定义的变量列表需要占用堆栈空间 需要为局部变量的保存准备保留的堆栈空间 使用STACK伪指令定义4096字节的堆栈空间 过程的嵌套调用会造成局部变量数量的叠加 Sub1+Sub2的局部变量将占用800字节的堆栈空间,汇编语言程序设计 - 朱明,22,.STACK 4096,Sub1 PROC LOCAL arr150:DWORD Sub2 PROC LOCAL arr2150:DWORD ,Section 5,局部变量与堆栈,堆栈与过程的调用（复习内容） 堆栈在过程调用中用来保存返回地址和现场数据,汇编语言程序设计 - 朱明,23,PA返回后地址 ,PA返回后地址,PB返回后地址,PB返回后地址 PA返回后地址 ,PC返回后地址 PB返回后地址 PA返回后地址 ,PB返回后地址 PA返回后地址 ,PA返回后地址 ,PC返回后地址 PB返回后地址 PA返回后地址 ,00000FF4,00000FF8,000000A5,00000FFC,00000006,00001000,ESP,Section 5,使用到了堆栈指针ESP ESP指向有效数据，以恢复现场,局部变量与堆栈*,但是有了一个问题局部变量也保存在堆栈上 这些变量也要占用堆栈空间，也需要一个指针 EBP（扩展帧指针寄存器）与局部变量 子过程被调用，前一个过程的返回地址压栈（ESP修改） 子过程开始，EBP也被压栈（ESP修改） EBP的值设定为ESP的值，EBP可以作为寻址子过程的基址指针而使用（EBP=ESP） 如果有局部变量，则ESP减去一个值，以便在堆栈上为局部变量保留空间（ESP修改） 如果任何寄存器需要保存，则压入堆栈（ESP修改）,汇编语言程序设计 - 朱明,24,Section 5,局部变量与堆栈*,局部变量的空间开辟与EBP和ESP的关系 部分内容可以参考 ENTER指令 LEAVE指令 以上指令不作要求 *部分仅要求了解即可,汇编语言程序设计 - 朱明,25,void MySub() int X = 10; int Y = 20; ,push ebp mov ebp, esp sub esp, 8 mov DWORD PTR ebp-4, 10 mov DWORD PTR ebp-8, 20 mov esp, ebp pop ebp ret,小地址,Y,20,X,10,EBP,返回地址,大地址,EBP,EBP-4,EBP-8,ESP,Section 5,局部变量与存储*,在了解局部变量与堆栈的关系后看LOCAL伪指令 ESP减掉4以便给双字节的局部变量留出空间 BYTE依然占用4字节存储空间,汇编语言程序设计 - 朱明,26,Exam1 PROC LOCAL temp:DWORD mov eax, temp ret Exam1 ENDP,push ebp mov ebp, esp sub esp, 4 mov eax, ebp-4 mov esp, ebp pop ebp ret,小地址,temp,EBP,返回地址,大地址,EBP,EBP-4,ESP,Exam2 PROC LOCAL temp:BYTE mov al, temp ret Exam2 ENDP,小地址,大地址,NULL,NULL,NULL,temp,EBP,Section 5,EBP,EBP-4,ESP,EBP-1,递归,递归直接或者间接调用自身子过程 递归，必须要有一个终止条件 递归会涉及到过程的调用，至少要到用4字节的堆栈空间， 可能会占用处理器、占用内存并导致堆栈溢出 思考一下下面问题的解决 采用递归的方法求从n的阶乘 n! = n * (n-1) * (n-2) * * 3 * 2 * 1,汇编语言程序设计 - 朱明,27,int factorial(int n) if (n=0) return 1; else return n*factorial(n-1); ,Section 5,递归,要考虑的几个问题（假设使用局部变量传递参数） 局部变量的传递（获取前一次的n） if(n=0)的转换（判断递归结束） 递归的调用过程（L1标号）,汇编语言程序设计 - 朱明,28,Section 5,push ebp mov ebp, esp mov eax, (1),(1) ebp+8,cmp eax, 0 (2);eax0则递归 mov eax, 1 jmp L2,(2) ja L1,(3);修改n值 (4);堆栈传递参数 call Factorial,(3) dec eax,(4) push eax,递归,要考虑的几个问题（假设使用局部变量传递参数） 如何进行乘法运算（MUL指令） 递归过程的返回（局部变量的删除，L2） 增加过程的定义和结束的内容,汇编语言程序设计 - 朱明,29,mov ebx, ebp+8 mul ebx,(5);恢复EBP的值 ret 4,(5) pop ebp,Factorial PROC . . Factorial ENDP,Section 5,递归,n的阶乘问题解决伪代码 该问题的解决方法中，使用了堆栈传递参数的方法 注意程序执行过程中堆栈的变化 使用上更简洁的参数传递方法？INVOKE,汇编语言程序设计 - 朱明,30,main PROC push 10 ;10的阶乘 call Factorial main ENDP END main,Factorial PROC ;局部变量传递 ;对于n的值的判定 ;递归过程的调用 ;乘法运算 ;递归过程的返回 Factorial ENDP,Section 5,INVOKE与PROC,INVOKE伪指令 调用一个名为AddTwo的过程，传递val1和val2参数 PROC伪指令的改进,汇编语言程序设计 - 朱明,31,INVOKE 过程名,参数列表,Section 6,立即数 10h, 3000h, OFFSET arr1 整数表达式 (10*20) 变量名 arr1, val1 地址表达式 esi, arr1esi 寄存器名 eax, ebx, ecx ADDR名 ADDR arr1,INVOKE AddTwo, val1, val2,AddTwo PROC, val1: BYTE, val2: BYTE,INVOKE与PROC,第一次作业的题目数组求和问题 将该程序结构化为一个主过程和一个字过程 主过程负责调用子过程并保存运算结果 子过程负责对数组各元素进行加法运算,汇编语言程序设计 - 朱明,32,arr1 DWORD 111h, 222h, 333h, 444h, 555h,ESI保存有数组的首地址,ECX保存数组的元素数目,调用数组加法运算子过程,EAX保存运算结果,获取EAX中的运算结果,Section 6,INVOKE与PROC,第一次作业的题目数组求和问题,汇编语言程序设计 - 朱明,33,mov eax, 0 L1: add eax, esi add esi, 4 loop L1,Section 6,核心数组加法运算代码,ArraySum PROC, offArr: DWORD sizeArr: