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基础知识

CPU简介

CPU是计算机的核心，负责：

1. 执行机器指令：解码并执行二进制指令

mov eax, 5  ; 将值5移动到EAX寄存器

2. 暂存少量数据：通过内部寄存器快速存取
3. 访问存储器：读写内存数据

mov [0x1000], eax  ; 将EAX值存入内存地址0x1000

汇编语言概念

机器指令

二进制代码，如B8 05 00 00 00对应mov eax, 5

汇编格式指令

add eax, ebx  ; 操作码 + 操作数

汇编语言的优缺点

优点	缺点
直接硬件控制	学习曲线陡峭
极致性能优化	可移植性差
小内存占用	开发效率低
实时性强	调试困难

数据的表示和储存

数据表示

• 二进制：01011010
• 十六进制：0x5A
• ASCII：'A' = 65

基本数据类型

类型	大小	范围	声明示例
字节	8位	0-255	db 0x55
字	16位	0-65535	dw 0x1234
双字	32位	0-4,294,967,295	dd 0x12345678
字符串	可变	ASCII序列	db 'Hello', 0

数据存储

• 小端序：低字节在低地址

dd 0x12345678  ; 内存: 78 56 34 12

IA-32处理器基本功能

通用寄存器及其使用

寄存器	主要用途	子寄存器	示例
EAX	累加器	AX, AH, AL	mov eax, 10
EBX	基址寄存器	BX, BH, BL	mov ebx, [mem]
ECX	计数器	CX, CH, CL	mov ecx, 100
EDX	数据寄存器	DX, DH, DL	mul edx
ESI	源索引	SI	lodsb
EDI	目的索引	DI	stosb
EBP	基址指针	BP	mov ebp, esp
ESP	栈指针	SP	push eax

标志寄存器（EFLAGS）

标志	含义	检查指令	设置条件
CF	进位标志	JC, JNC	无符号溢出
ZF	零标志	JZ, JNZ	结果为零
SF	符号标志	JS, JNS	结果为负
OF	溢出标志	JO, JNO	有符号溢出
PF	奇偶标志	JP, JNP	低8位1的个数为偶
AF	辅助进位	-	BCD运算

cmp eax, ebx
jg greater  ; 有符号大于跳转

寻址方式

1. 立即寻址：mov eax, 5
2. 寄存器寻址：mov ebx, eax
3. 直接寻址：mov eax, [0x4000]
4. 寄存器间接：mov eax, [ebx]
5. 基址变址：mov eax, [ebx+esi*4]
6. 相对寻址：mov eax, [array+4]

常用条件跳转指令

指令	含义	检查条件
JE/JZ	等于/零	ZF=1
JNE/JNZ	不等于/非零	ZF=0
JC	进位	CF=1
JNC	无进位	CF=0
JA	高于(无符号)	CF=0 & ZF=0
JB	低于(无符号)	CF=1
JG	大于(有符号)	ZF=0 & SF=OF
JL	小于(有符号)	SF≠OF

cmp eax, 100
jae above_equal  ; 无符号大于等于

堆栈和堆栈操作

push eax  ; ESP -= 4, [ESP] = EAX
pop ebx   ; EBX = [ESP], ESP += 4

程序设计初步

堆栈作用

过程调用和返回指令

call my_function  ; 压入返回地址
; ...
my_function:ret           ; 弹出返回地址

参数传递

push 10      ; 参数2
push 20      ; 参数1
call addxy
add esp, 8   ; 清理栈

局部变量

my_func:push ebpmov ebp, espsub esp, 8      ; 分配8字节局部变量mov [ebp-4], eax ; 使用局部变量; ...mov esp, ebp    ; 清理局部变量pop ebpret

乘法运算全解析

1. 8位乘法（MUL/IMUL）

无符号乘法（MUL）：

mov al, 50      ; 被乘数 (8位)
mov bl, 10      ; 乘数 (8位)
mul bl          ; AX = AL * BL
; 结果：AX = 0x01F4 (500)

有符号乘法（IMUL）：

mov al, -5      ; 被乘数 (8位有符号)
mov bl, 10      ; 乘数 (8位有符号)
imul bl         ; AX = AL * BL
; 结果：AX = 0xFFCE (-50)

特性对比：

特性	MUL	IMUL
操作数位数	8/16/32	8/16/32
结果存储	AX/DX:AX/EDX:EAX	同MUL
符号处理	无符号	有符号
指令周期	11-18	10-21

2. 16位乘法

无符号乘法：

mov ax, 5000    ; 被乘数
mov bx, 100     ; 乘数
mul bx          ; DX:AX = AX * BX
; 结果：DX:AX = 0x0007:0xA120 (500000)

有符号乘法（单操作数）：

mov ax, -2000
mov bx, 300
imul bx         ; DX:AX = AX * BX
; 结果：DX:AX = 0xFFF9:0xE700 (-600000)

有符号乘法（双操作数）：

mov ax, 200
imul ax, 30     ; AX = 200 * 30
; 结果：AX = 6000

3. 32位乘法

标准形式：

mov eax, 500000
mov ebx, 1000
mul ebx         ; EDX:EAX = EAX * EBX
; 结果：EDX:EAX = 0x0001DCD6:0x50000000 (500000000)

高效形式（IMUL三操作数）：

mov ebx, 1234
imul eax, ebx, 56  ; EAX = 1234 * 56
; 比等效的 mov+imul 快30%

除法运算深度剖析

1. 8位除法（DIV/IDIV）

无符号除法（DIV）：

mov ax, 100     ; 被除数 (16位)
mov bl, 3       ; 除数 (8位)
div bl          ; AL=商, AH=余数
; 结果：AL=33(0x21), AH=1

有符号除法（IDIV）：

mov ax, -100    ; 被除数
mov bl, 3       ; 除数
idiv bl         ; AL=-33, AH=-1

2. 16位除法

标准形式：

mov dx, 0       ; 清零高位
mov ax, 10000   ; 被除数低16位
mov bx, 300     ; 除数
div bx          ; AX=商, DX=余数
; 结果：AX=33(0x21), DX=100

有符号扩展（CDQ前身）：

mov ax, -10000
cwd             ; 将AX符号扩展到DX
mov bx, 300
idiv bx         ; AX=-33, DX=-100

3. 32位除法

无符号除法：

mov edx, 0      ; 清零高位
mov eax, 100000 ; 被除数低32位
mov ebx, 3000   ; 除数
div ebx         ; EAX=商, EDX=余数
; 结果：EAX=33, EDX=1000

有符号扩展（CDQ）：

mov eax, -100000
cdq             ; 将EAX符号扩展到EDX
mov ebx, 3000
idiv ebx        ; EAX=-33, EDX=-1000

分支程序设计

cmp eax, ebx
je equal
jl less
jg greaterequal:; 相等处理jmp endless:; 小于处理jmp endgreater:; 大于处理end:; 继续执行

循环程序设计

mov ecx, 10      ; 循环计数器
loop_start:; 循环体dec ecxjnz loop_start; 或使用LOOP指令
mov ecx, 10
loop_label:; 循环体loop loop_label

子程序设计

; 计算两数之和
addxy PROC x:DWORD, y:DWORDmov eax, xadd eax, yret
addxy ENDP; 调用
push 20
push 10
call addxy
add esp, 8

字符串操作

基本字符串指令

指令	功能	操作
MOVSB	移动字节	[ESI] → [EDI], ESI±1, EDI±1
STOSB	存储字节	AL → [EDI], EDI±1
LODSB	加载字节	[ESI] → AL, ESI±1
CMPSB	比较字节	[ESI] - [EDI], 设置标志
SCASB	扫描字节	AL - [EDI], 设置标志

方向标志控制

cld  ; 清除方向标志 (向前)
std  ; 设置方向标志 (向后)

字符串复制示例

mov esi, source_str
mov edi, dest_str
mov ecx, len
cld         ; 正向移动
rep movsb   ; 重复复制直到ECX=0

字符串比较示例

mov esi, str1
mov edi, str2
mov ecx, len
cld
repe cmpsb  ; 相等时继续比较
jne different

字符串搜索示例

mov edi, buffer
mov ecx, buflen
mov al, 'A'  ; 搜索字符'A'
cld
repne scasb  ; 不相等时继续
je found

高级字符串操作

; 计算字符串长度
strlen PROC str_ptr:DWORDmov edi, str_ptrxor eax, eaxmov ecx, -1repne scasb  ; 搜索0字节not ecxdec ecx      ; ECX = 长度mov eax, ecxret
strlen ENDP; 字符串转换大写
toupper PROC str_ptr:DWORDmov esi, str_ptr
upper_loop:lodsbcmp al, 0je donecmp al, 'a'jb skipcmp al, 'z'ja skipsub al, 32   ; 转大写mov [esi-1], al
skip:jmp upper_loop
done:ret
toupper ENDP

性能优化技巧

1. 循环展开

mov ecx, 100/4  ; 每次迭代处理4个元素
loop_start:; 处理元素1; 处理元素2; 处理元素3; 处理元素4loop loop_start

2. 避免内存访问瓶颈

; 不好：多次内存访问
add [var1], eax
add [var2], ebx; 更好：使用寄存器
mov ecx, [var1]
add ecx, eax
mov [var1], ecxmov edx, [var2]
add edx, ebx
mov [var2], edx

3. 使用条件移动避免分支

; 传统分支
cmp eax, ebx
jg greater
mov ecx, eax
jmp end
greater:mov ecx, ebx
end:; 使用条件移动
cmp eax, ebx
cmovg ecx, eax  ; 若大于则ECX=EAX
cmovle ecx, ebx ; 否则ECX=EBX

调试技巧

1. 使用调试器

int 3  ; 设置断点

2. 寄存器检查

; 在关键点插入空操作
nop

3. 内存查看

; 标记关键内存区域
important_data db 'DEBUG', 0

结语

汇编语言作为最接近硬件的编程语言，提供了无与伦比的控制能力和性能优势。通过掌握：

1. CPU工作原理和寄存器使用
2. 寻址方式和指令集
3. 过程调用和堆栈管理
4. 分支和循环结构
5. 字符串操作优化

开发者能够编写出高效、紧凑的底层代码。虽然现代高级语言在开发效率上更有优势，但在性能关键领域（如操作系统内核、嵌入式系统、高性能计算等），汇编语言仍然不可替代。