一、寄存器1.1 通用寄存器

一个x86-64的中央处理单元（CPU）包含一组16个存储64位值的通用寄存器。这些寄存器用来存储整数数据和指针。下图显示了这16个寄存器。它们的名字都以%r开头，不过后面还跟着不同命名规则的名字，这是由于指令集历史演化造成的。最初的8086中有8个16位的寄存器，即图中的%ax到%bp。每个寄存器都有特殊的用途，它们的名字就反映了这些不同的用途。扩展到IA32架构时，这些寄存器也扩展成32位寄存器，标号从%eax到%ebp。扩招到x86-64后，原来的8个寄存器扩展成64位，标号从%rax到%rbp。除此之外，还增加了8个新的寄存器，它们的标号是按照新的命名规则制定的：从%r8到%r15。

如上图中嵌套的方框表明的，指令可以对这16个寄存器的低位字节中存放的不同大小的数据进行操作。字节级操作可以访问最低的字节，16位操作可以访问最低的2个字节，32位操作可以访问最低的4个字节，而64位操作可以访问整个寄存器。

Tips：当指令以寄存器作为目标时，对于生成小于8字节结果的指令，寄存器中剩下的字节如何处理，有两条规则：

生成1字节和2字节数字的指令会保持剩下的字节不变

生成4字节的指令会把高位4字节置为0。

后面这条规则是作为从IA32到x86-64的扩展的一部分而采用的。

1.2 标志寄存器EFLAFS

EFLAGS标志寄存器包含有状态标志位、控制标志位以及系统标志位，处理器在初始化时将EFLAGS标志寄存器赋值为00000002H。

下图描绘了EFLAGS标志寄存器各位的功能，其中的第1、3、5、15以及22~31位保留未使用。由于64位模式不再支持VM和NT标志位，所以处理器不应该再置位这两个标志位。

TIPs：在64位模式中，EFLAGS标志寄存器已从32位扩展为64位，被称作RFLAGS寄存器。其中高32位保留未使用，低32位与EFLAGS相同。

接下来，我们会根据标志位功能将EFLAGS划分位状态标志、方向标志、系统标志和IOPL区域等几部分，并对各部分的标志位功能进行逐一讲解。（请参考Intel官方白皮书Volumn 1的3.4.3节）。

1.2.1 状态标志

EFLAGS标志寄存器的状态标志（位0、2、4、6、7和11）可以反映出汇编指令计算结果的状态，像add、sub、mul、div等汇编指令计算结果的奇偶性、溢出状态、正负值皆可从上述状态找那个反映出来。

下表是这些状态标志的功能描述：

缩写

全称

名称

位置

描述

CF

Carry Flag

进位标志

0

运算中，当数值的最高位产生了进位或者借位，CF位都会置1，否则为0。它可用于检测无符号整数运算结果是否溢出。也可用于多精度运算中。

PF

Parity Flag

奇偶标志

2

用于标记结果低8位中1的个数，如果为偶数， PF位为1，否则为0 。注意，是最低的那8位，不管操作数是16位，还是32位。奇偶校验经常用于数据传输开始时和结束后的对比，判断传输过程中是否出现错误。

AF

Auxiliary Carry Flag

辅助进位标志

4

辅助进位标志，用来记录运算结果低4位的进、借位情况，即若低半字节有进、借位，AF为1，否则为0。

ZF

Zero Flag

零值标志

6

若计算结果为0，此标志位置1，否则为0。

SF

Sign Flag

符号标志

7

若运算结果为负，则SF位为1，否则为0。

OF

Overflow Flag

溢出标志

11

用来标识计算的结果是否超过了数据类型可以表示的范围，若OF为1，表示有溢出，为0则未溢出。专门用于检测有符号整数运算结果是否溢出。

这些标志位可反映出三种数据类型的计算结果：无符号整数、有符号整数和BCD整数（Binary-coded decimal integers）。其中CF标志位可反映出无符号整数运算结果的溢出状态；OF标志位可反映出有符号整数（补码表示）运算结果的溢出状态；AF标志位表示BCD整数运算结果的溢出状态；SF标志位反应出有符号整数运算结果的正负值；ZF标志位反映出有符号或无符号整数运算的结果是否为0。

以上这些标志位，只有CF标志位可通过stc、clc和cmc（Complement Carry Flag，计算原CF位的补码）汇编指令更改位值。它也可借助位操作指令（bt、bts、btr和btc指令）将指定位值复制到CF标志位。而且，CF标志位还可在多倍精度整数计算时，结合adc指令（含进位的加法计算）或sbb指令（含借位的减减法）将进位计算或借位计算扩展到下次计算中。

至于状态跳转指令Jcc、状态字节置位指令SETcc、状态循环指令LOOPcc以及状态移动指令CMOVcc，它们可将一个或多个状态标志位作为判断条件，进程分支跳转、字节置位以及循环计数。

1.2.2 方向标志

DF方向标志位（Direction Flag）位于EFLAGS标志寄存器的第 10 位，它控制着字符串指令（诸如movs、cmps、scas、lods、stos等）的操作方向。置位DF标志位可使字符串指令按从高到低的地址方向（自减）操作数据，复位DF标志位可使字符串指令按从低到高的地址方向（自增）操作数据。汇编指令std和cld可用于置位和复位DF方向标志。

1.2.3 系统标志和IOPL区域

第 8 位为TF位，即Trap Flag，意为陷阱标志位。此位若为1，用于让CPU进入单步运行方式，若为0，则为连续工作的方式。平时我们用的debug程序，在单步调试时，原理上就是让TF位为1。

第 9 位为IF位，即Interrupt Flag，意为中断标志位。若IF位为1，表示中断开启，CPU可响应外部可屏蔽中断。若为0，表示中断关闭，CPU不再响应来自CPU外部的可屏蔽中断，但CPU内部的异常还是要响应的。

第 12~13 位为IOPL，即 Input Output Privilege Level，这用在有特权级概念的CPU中。有4个任务特权级，即特权级0~3，故IOPL要占用2位来表示这4种特权级。

第 14 位为NT，即 Nest Task，意为任务嵌套标志位。8088支持多任务，一个任务就是一个进程。当一个任务中又嵌套调用了另一个任务时，此NT位为1，否则为0。

第 16 位为RF位，即 Resume Flag，意为恢复标志位。该标志位用于程序调试，指示是否接受调试故障，它需要与调试寄存器一起使用。当RF为1时忽略调试故障，为0时接受。

第 17 位为VM位，即 Virtual 8086 Model，意为虚拟8086模式。

第 18 位为AC位，即 Alignment Check / Access Control，意为对齐检查。若AC位为1时，则进行地址对齐检查，位0时不检查。

第 19 位为VIF位，即 Virtual Interrupt Flag，意为虚拟终端标志位，虚拟模式下的中断标志。

第 20 位为VIP位，即 Virtual Interrupt Pending Flag，意为虚拟中断挂起标志位。在多任务情况下，为操作系统提供的虚拟中断挂起信息，需要与 VIF 位配合。

第 21 位为ID位，即 Identification Flag，意为识别标志位。系统经常要判断CPU型号，若ID位为1，表示当前CPU支持CPUID指令，这样便能获取CPU的型号、厂商信息等；若ID位为0，则表示当前CPU不支持CPUID指令。

1.3 段寄存器

x86-64架构，拥有6个16位段寄存器（CS、DS、SS、ES、FS和GS），用于保存16位段选择子。段选择子是一种特殊的指针，用于标识内存中的段。要访问内存中的特定段，该段的段选择子必须存在于相应的段寄存器中。

在平坦内存模型中，段选择子指向线性地址空间的地址0；在分段内存模型中，每个分段寄存器通常加载有不同的段选择子，以便每个分段寄存器指向线性地址空间内的不同分段。

每一个段寄存器表示三种存储类型之一：代码，数据，栈。

CS寄存器保存了代码段（code segment）选择子。代码段存储的是需要执行的指令，处理器使用CS寄存器内的代码段选择子和RIP/EIP寄存器的内容生成的线性地址来从代码段查询指令。RIP/EIP寄存器存储的是下一条要执行的指令在代码段上的偏移。

DS、ES、FS和GS寄存器指向了四个数据段（data segment）。

SS寄存器包含栈段（stack segment）的段选择子，其中存储当前正在执行的程序、任务或处理程序的过程堆栈。

1.4 控制寄存器

目前，Intel处理器共拥有6个控制寄存器（CR0、CR1、CR2、CR3、CR4、CR8），它们有若干个标志位组成，通过这些标志位可以控制处理器的运行模式、开启扩展特性以及记录异常状态等功能。

1.5 指令指针寄存器

RIP/EIP寄存器，即指令指针寄存器，有时称为程序计数器。指令指针（RIP/EIP）寄存器包含当前代码段中要执行的下一条指令的偏移量。

1.6 MSR寄存器组

MSR（Model-Specific Register）寄存器组可提供性能监测、运行轨迹跟踪与调试以及其它处理器功能。在使用MSR寄存器组之前，我们应该通过CPUID.01h:EAX[5]来检测处理器是否支持MSR寄存器组。处理器可以使用RDMSR和WRMSR对MSR寄存器组进行访问，整个访问过程借助ECX寄存器索引寄存器地址，再由EDX:EAX组成的64位寄存器保持访问值。（在处理器支持64位模式下，RCX、RAX和RDX寄存器的高32位将会被忽略）。

二、指令集2.1 操作数和指令后缀2.1.1 操作数

x86指令可以有0到3个操作数，多个操作数之间以逗号（“,”）分隔。对于有两个操作数的指令，第一个是源操作数，第二个是目的操作数，指令的执行结果保存到第二个操作数表示的寄存器或内存地址中。

源数据值可以以常数形式给出，或是从寄存器或内存中读取。结果可以存放在寄存器或内存中。因此，操作数被分为三种类型：

立即数（immediate），用来表示常数值。立即数通过在整数前加一个“$”来表示。比如，$-577或$0x1F；寄存器（register），它表示某个寄存器的内容，通过在寄存器名声前加上“%”来表示。比如：%eax或%al；内存引用，它会根据计算出来的地址（通常称为有效地址）访问某个内存位置。内存引用的语法：segment:offset(base, index, scale)。segment 可以是 x86 架构的任意段寄存器。segment 是可选的，如果指定的话，后面要跟上冒号（“:”）来与offset隔离开；如果未指定指定的话，默认为数据段寄存器--%ds。offset 是一个立即数偏移量，是可选的。base表示基址寄存器，可以是16个通用寄存器中的任意一个。index表示变址寄存器，可以是16个通用寄存器中的任意一个。scale表示比例因子，scale会与index相乘再加上base来表示内存地址。比例因子必须是1、2、4、或者8，若果比例因子未指定，默认为1。有效地址被计算为：D[segment]+offset+R[base]+R[index]*scale，其中D[]表示对应段寄存器的数据，R[]表示通用寄存器里的数据。我们用M[addr]来表示内存地址addr。内存地址操作示例：指令说明movl var, %eax把内存地址M[var]处的数据传送到eax寄存器movl %cs:var, %eax把代码段偏移量为var处的内存数据传送到eax寄存器movl $var, %eax把立即数var传送到eax寄存器movl var(%esi), %eax把内存地址 M[R[%esi] + var] 处的数据传送到eax寄存器movl (%ebx, %esi, 4), %eax把内存地址 M[R[%ebx] + R[%esi]*4] 处的数据传送到eax寄存器movl var(%ebx, %esi, 4), %eax把内存地址 M[var+R[%ebx] + R[%esi]*4] 处的数据传送到eax寄存器2.1.2 指令后缀

由于是从16位体系结构扩展成32位的，Intel用术语“字（word）”表示16位数据类型。因此，称32位为“双字（double words）”，称64位数为“四字（quad words）”。标准int值存储为双字（32位）。指针存储为8字节的四字。x86-64中，数据类型long实现为64位。x86-64指令集同样包括完整的针对字节、字和双字的指令。

下表给出了C语言基本数据类型对应的x86-64表示。在64位机器中，指针长8字节。

C声明

Intel数据类型

汇编代码后缀

大小（字节）

char

字节

b

1

short

字

w

2

int

双字

l

4

long

四字

q

8

char *

四字（指针）

q

8

float

单精度

s

4

double

双精度

l

8

浮点数主要有两种形式：单精度（4字节）值，对应于C语言数据类型float；双精度（8字节）值，对应于C语言数据类型double。

如上表所示，大多数汇编代码指令都有一个字符的后缀，表明操作数的大小。例如：数据传送指令有四个变种：movb（传送字节）、movw（传送字）、movl（传送双字）和movq（传送四字）。注意，虽然汇编代码使用后缀“l”来表示4字节整数和8字节浮点数，但并不会产生歧义，因为浮点使用的是一组完全不同的指令和寄存器。

2.2 数据传送指令2.2.1 简单传送指令

最简单形式的数据传送指令是MOV类。这些指令把数据从源位置复制到目的位置，不做任何变化。MOV类由四条指令组成：movb、movw、movl和movq。这些指令都执行同样的操作，主要区别在于他们操作的数据大小不同：分别是1、2、4和8字节。下表列出了MOV类指令：

指令

效果

描述

MOV S, D

S → D

传送

movb

传送字节

movw

传送字

movl

传送双字

movq

传送四字

movabsq I, R

I → R

传送绝对的四字

源操作数指定的值是一个立即数，存储在寄存器或者内存中。目的操作数指定一个位置，可以是寄存器或内存地址。x86-64加了一条限制，传送指令的两个操作数不能都指向内存位置。大多数情况下，MOV指令只会更新目的操作数指定的那些寄存器字节或内存位置。唯一的例外是movl指令以寄存器作为目的时，它会把该寄存器的高位4字节设置为0。

movabsq指令是处理64位立即数数据的。常规的movq指令只能以表示为32位补码数字的立即数作为源操作数，然后把这个值符号扩展得到64位的值，放到目的位置。movabsq指令能够以任意64位立即数作为源操作数，并且只能以寄存器作为目的。

代码示例：

movl $0x4050, %eax        	# 立即数 --> 寄存器，4字节movw %bp, %sp				# 寄存器 --> 寄存器，4字节movb (%rbi, %rcx), %al		# 内存 --> 寄存器，1字节movb $-17, (%rsp)			# 立即数 --> 内存，1字节movq %rax, -12(%rap)		# 寄存器 --> 内存，4字节

理解数据传送如何改变目的寄存器：

1	movabsq	$0x0011223344556677, %rax 	# %rax = 0x00112233445566772	movb 	$-1, %al					# %rax = 0x00112233445566FF3	movw	$-1, %ax					# %rax = 0x001122334455FFFF4	movl	$-1, %eax					# %rax = 0x00000000FFFFFFFF5	movq	$-1, %rax					# %rax = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF

在这个例子中，第一行的指令把寄存器%rax初始化为位模式 0011223344556677。剩下的指令源操作数是立即数-1。因此 movb 指令把%rax的低位字节设置为 FF，而 movw 指令把低 2 位字节设置为 FFFF，剩下的字节保持不变。movl 指令将低 4 个字节设置为 FFFFFFFF，同时把高位 4 字节设置为 00000000。最后 movq 指令把整个寄存器设置为 FFFFFFFFFFFFFFFF。

2.2.2 扩展传送指令

MOVZ和MOVS是另外两类数据移动指令，在将较小的源值复制到较大的目的时使用。MOVZ类中的指令把目的中剩余的字节填充位0，而MOVS类中的指令通过符号扩展来填充，把源操作数的最高位进行复制。这两类指令分别如下表所示。

零扩展的传送指令：

指令

效果

描述

MOVZ S, R

零扩展(S) → R

以零扩展进行传送

movzbw

将做了零扩展的字节传送到字

movzbl

将做了零扩展的字节传送到双字

movzbq

将做了零扩展的字节传送到四字

movzwl

将做了零扩展的字传送到双字

movzwq

将做了零扩展的字传送到四字

符号扩展的传送指令：

指令

效果

描述

MOVS S, R

符号扩展(S) → R

传送符号扩展的字节

movsbw

将做了符号扩展的字节传送到字

movsbl

将做了符号扩展的字节传送到双字

movsbq

将做了符号扩展的字节传送到四字

movswl

将做了符号扩展的字传送到双字

movswq

将做了符号扩展的字传送到四字

位扩展传送指令：

指令

效果

描述

cbtw

符号扩展(R[%al]) → R[%ax]

把%al符号扩展到%ax

cwtl

符号扩展(R[%ax]) → R[%eax]

把%ax符号扩展到%eax

cwtd

符号扩展(R[%ax]) → R[%dx]: R[%ax]

把%ax符号扩展到%dx:%ax

cltq

符号扩展(R[%eax]) → R[%rax]

把%eax符号扩展到%rax

cltd

符号扩展(R[%eax]) → R[%edx]: R[%eax]

把%eax符号扩展到%edx:%eax

cqto

符号扩展(R[%rax]) → R[%rdx]: R[%rax]

把%rax符号扩展为八字

cqtd

符号扩展(R[%rax]) → R[%rdx]: R[%rax]

把%rax符号扩展为八字

字节传送指令比较：

1	movabsq	$0x0011223344556677, %rax 	# %rax = 0x00112233445566772	movb 	$0xAA, %dl					# %dl = 0xAA3	movb	%dl, %al					# %rax = 0x00112233445566AA4	movsbq	%dl, %rax					# %rax = 0xFFFFFFFFFFFFFFAA5	movzbq	%dl, %rax					# %rax = 0x00000000000000AA

代码的头 2 行将寄存器 %rax 和 %dl 分别初始化为 0x0011223344556677 和 0xAA。剩下的指令都是将 %rdx的低位字节复制到 %rax的低位字节。movb 指令不改变其它字节。根据源字节的最高位，movsbq 指令将其它 7 个字节设为全 1 或全 0。由于十六进制 A 表示的二进制值为 1010，符号扩展会把高位字节都设置为 FF。movzbq 指令总是将其它 7 个字节全都设置为 0。

2.2.3 压入和弹出栈数据

栈相关指令如下表所示：

指令

效果

描述

pushq S

R[%rsp]-8 → R[%rsp]; S → M[R[%rsp]]

将四字压入栈

popq D

M[R[%rsp]] → D; R[%rsp] + 8 → R[%rsp]

将四字弹出栈

pushq 指令的功能是把数据压入到栈上，而 popq 指令是弹出数据。这些指令都只有一个操作数--压入的数据源和弹出的数据目的。

将一个四字值压入栈中，首先要将栈指针减 8，然后将值写到新的栈顶地址。因此，指令 pushq %rbp的行为等价于下面两条指令：

subq $8, %rspmovq %rbp, (%rsp)

弹出一个四字的操作包括从栈顶位置读出数据，然后将栈指针加 8。因此，指令 popq %rax 等价于下面两条指令：

movq (%rsp), %raxaddq $8, %rsp

leaq 指令格式如下：

指令

效果

描述

leaq S, D

&S → D

加载有效地址

加载有效地址（load effective address）指令 leaq 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，但实际上它根本没有引用内存。它的第一个操作数看上去是一个内存引用，但该指令不是从指定的位置读入数据，而是将有效地址写入到目的操作数。例如，如果寄存器 %rdx 的值为 x，那么指令leaq 7(%rdx, %dx, 4), %rax将寄存器 %rax 的值为 5x+7。

2.3 算术和逻辑运算指令2.3.1 算术运算指令

算术运算指令如下：

指令

效果

描述

inc{bwlq} D

D+1 → D

加 1

dec{bwlq} D

D-1 → D

减 1

neg{bwlq} D

-D → D

取负

add{bwlq} S, D

D + S → D

加

sub{bwlq} S, D

D - S → D

减

imul{bwlq} S, D

D * S → D

乘

2.3.2 逻辑运算指令

逻辑运算指令如下：

指令

效果

描述

not{bwlq} D

~D → D

逻辑非

or{bwlq} S, D

D | S → D

逻辑或

and{bwlq} S, D

D & S → D

逻辑与

xor{bwlq} S, D

D ^ S → D

逻辑异或

2.3.3 移位运算

指令

效果

描述

sal{bwlq} k, D

D << k → D

左移

shl{bwlq} k, D

D << k → D

左移（等同于asl）

sar{bwlq} k, D

D >>_A k → D

算术右移

shr{bwlq} k, D

D >>_L k → D

逻辑右移

移位操作第一个操作数是移位量，第二个操作数是要移位的数。可以进行算术和逻辑移位。移位量可以是一个8位立即数，或者放在单字节寄存器%cl中。（这些指令很特别，因为只允许以这个特定的寄存器作为操作数。）原则上来说，1个字节的移位量使得移位量的编码范围可以达到2^8 - 1 = 255。x86-64中，移位操作对 w 位长的数据值进行操作，移位量是由%cl寄存器的低 m 位决定的，这里2^m = w，高位会被忽略。所以，例如当寄存器 %cl 的十六进制值为 0xFF 时，指令 salb 会移 7 位，salw 会移 15 位， sall 会移 31 位， 而 salq 会移 63 位。

左移指令有两个名字：sal 和 shl。两者的效果是一样的，都是将右边填上0.右移指令不同，sar 执行算术移位（填上符号位），而 shr 执行逻辑移位（填上0）。移位操作的目的操作数可以是一个寄存器或者是一个内存位置。

代码示例：

salq $4, %rax	# 把 %rax里的数据左移4位（乘以16），即 %rax = %rax * 16

imul指令有两种不同的形式。其中一种，如 2.3.1 节所示，有两个操作数，这种形式的imul指令是一个“双操作数”乘法指令。但是，x86-64还提供了两条不同的“单操作数”乘法指令。根据操作数大小，这类指令把源操作数与 %rax 对应大小的寄存器内容相乘，结果放入 %rax 对应的寄存器中。而imulq指令，由于两个64位数相乘，结果可能为128位，所以使用了%rdx寄存器来保存运算结果的高64位，%rax保存运算结果的低64位。

另外，x86-64提供的除法指令，也是单操作数的。这类操作，根据操作数大小，以 %rdx 对应的寄存器保存余数， %rax对应的寄存器保存商。其中 idivb 和 idiv是个例外，它们的余数保存在 %ah 寄存器，商保存在 %al寄存器。

指令

效果

描述

imulb S

S × R[%al] → R[%ax]

8位有符号乘法

imulw S

S × R[%ax] → R[%eax]

16位有符号乘法

imull S

S × R[%eax] → R[%rax]

32位有符号乘法

imulq S

S × R[%rax] → R[%rdx]: R[%rax]

64位有符号乘法

mulb S

S × R[%al] → R[%ax]

8位无符号乘法

mulw S

S × R[%ax] → R[%eax]

16位无符号乘法

mull S

S × R[%eax] → R[%rax]

32位无符号乘法

mulq S

S × R[%rax] → R[%rdx]: R[%rax]

64位无符号乘法

idivb S

R[%ax] mod S → R[%ah] R[%ax] ÷ S → R[%al]

8位有符号除法

idivw S

R[%dx]: R[%ax] mod S → R[%dx] R[%dx]: R[%ax] ÷ S → R[%ax]

16位有符号除法

idivl S

R[%edx]: R[%eax] mod S → R[%edx] R[%edx]: R[%eax] ÷ S → R[%eax]

32位有符号除法

idivq S

R[%rdx]: R[%rax] mod S → R[%rdx] R[%rdx]: R[%rax] ÷ S → R[%rax]

64位有符号除法

divb S

R[%ax] mod S → R[%ah] R[%ax] ÷ S → R[%al]

8位无符号除法

divw S

R[%dx]: R[%ax] mod S → R[%dx] R[%dx]: R[%ax] ÷ S → R[%ax]

16位无符号除法

divl S

R[%edx]: R[%eax] mod S → R[%edx] R[%edx]: R[%eax] ÷ S --> R[%eax]

32位无符号除法

divq S

R[%rdx]: R[%rax] mod S → R[%rdx] R[%rdx]: R[%rax] ÷ S → R[%rax]

64位无符号除法

2.4 控制指令2.4.1 条件码

除了整数寄存器（通用寄存器）外，CPU还维护者一组单个位的条件码寄存器（EFLAGS），它们描述了最近的算术或逻辑运算操作的属性。条件码的详细描述详见 1.2 节，这里我们列出最常用的条件码：

CF：进位标志。最近的操作使最高位产生了进位或借位，用来检查无符号操作的溢出。ZF：零标志。最近的操作得出的结果是 0。SF：符号标志。最近的操作的得到的结果是否为负数。OF：溢出标志。最近的操作导致一个补码溢出，用来检查有符号溢出。

比如说，假设我们用一条 ADD 指令完成等价于 C 表达式 t = a + b 的功能，这里变量 a、b 和 t 都是整型的。然后，根据下面的C表达式来设置条件码：

CF	（unsigned）t < (unsigned)a		# 无符号溢出ZF	（t == 0)						 # 零SF	（t < 0）						 	# 负数OF	 (a<0 == b<0) && (t<0 != a<0)	 # 有符号溢出	

2.3 节列出的所有指令都会设置条件码。对应逻辑操作，如 XOR，进位标志和溢出标志会设置成0。对于移位操作，进位标志将设置为最后一个被移出的位，而溢出标志设置为0。INC 和 DEC 指令会设置溢出和零标志，但是不会改变进位标志。

条件码通常不会直接读取，常用的使用方法有三种：

可以根据条件码的某种组合，将一个字节设置为 0 或者 1；可以条件跳转到程序的某个地方可以有条件的传送数据2.4.2 CMP 和 TEST 指令

除了 2.3 节列出的指令会设置条件码，还有两类指令（ CMP 和 TEST），它们只设置条件码而不改变任何其他寄存器。CMP 指令根据两个操作数之差来设置条件码。除了只设置条件码而不更新目的寄存器之外，CMP 指令与 SUB 指令的行为是一样的。如果两个操作数相等，这些指令会将零标志设置为1，而其他标志可以用来确定两个操作数之间的大小关系。 TEST 指令的行为与 AND 指令一样，除了它们只设置条件码而不改变目的寄存器。

指令

基于

描述

CMP S1, S2

S2 - S1

比较

cmpb

比较字节

cmpw

比较字

cmpl

比较双字

cmpq

比较四字

TEST S1, S2

S1 & S2

测试

testb

测试字节

testw

测试字

testl

测试双字

testq

测试四字

2.4.3 SET指令

SET 指令根据条件码的某种组合，将一个字节设置为 0 或者 1。SET 指令是一组指令，指令的后缀表明了他们所考虑的条件码组合。例如：指令 setl 和 setb 表示 “小于时设置（set less）”和“低于时设置（set blow）”。SET 指令的目的操作数是低位单字节寄存器或是一个字节的内存地址，指令会将这个字节设置成 0 或者 1。

SET 指令列表如下：

指令

同义指令

设置条件

条件说明

sete D

setz

ZF

相等/零（set equal）

setne D

setnz

~ZF

不等/非零（set not equal）

sets D

SF

负数

setns D

~SF

非负数

setg D

setnle

~(SF ^ OF) & ~ZF

大于（有符号 > ）

setge D

setnl

~(SF ^ OF)

大于等于（有符号 >= ）

setl D

setnge

SF ^ OF

小于（有符号小于 < ）

setle D

setng

(SF ^ OF) | ZF

小于等于（有符号 <= ）

seta D

setnbe

~CF & ~ZF

超过（无符号 > ）

setae D

setnb

~CF

超过或相等（无符号 >=）

setb D

setnae

CF

低于（无符号 < ）

setbe D

setna

CF | ZF

低于或相等（无符号 <=）

2.4.4 跳转指令

跳转指令分为无条件跳转和有条件跳转。

2.4.4.1 无条件跳转

无条件跳转指令 jmp，可以是直接跳转，即跳转目标是作为指令一部分编码的；也可以是间接跳转，即跳转目标是从寄存器或内存位置中读取的。汇编语言中，直接跳转是给出一个标号作为跳转目标的。间接跳转的写法是 “*” 后面跟一个操作数指示符。直接跳转和间接跳转示例如下：

######################### 直接跳转示例 ##########################		movq $0, %rax	jmp .L1					# 直接跳转	movq (%rax), %rdx.L1:	popq %rdx	######################### 间接跳转示例 ##########################	jmp *%rax		# 用寄存器 %rax 中的值作为跳转目的jmp *(%rax)		# 以 %rax中的值作为读取地址，从内存中读出跳转目标	

下表中所示的跳转指令都是有条件的，它们根据条件码的某种组合，要么跳转，要么不跳转继续执行一条指令。条件跳转只能是直接跳转。

指令

同义指令

跳转条件

描述

je Label

jz

ZF

相等/零

jne Lable

jnz

~ZF

不相等/非零

js Label

SF

负数

jns Label

~SF

非负数

jg Label

jnle

~(SF ^ OF) & ~ZF

大于（有符号 > ）

jge Label

jnl

~(SF ^ OF)

大于等于（有符号 >= ）

jl Label

jnge

SF ^ OF

小于（有符号小于 < ）

jle Label

jng

(SF ^ OF) | ZF

小于等于（有符号 <= ）

ja Label

jnbe

~CF & ~ZF

超过（无符号 > ）

jae Label

jnb

~CF

超过或相等（无符号 >=）

jb Label

jnae

CF

低于（无符号 < ）

jbe Label

jna

CF | ZF

低于或相等（无符号 <=）

2.4.5 条件传送指令

指令

同义指令

传送条件

说明

cmove

cmovz

ZF

相等/零

cmovne

cmovnz

~ZF

不相等/非零

cmovs

SF

负数

cmovns

~SF

非负数

cmovo

OF

有溢出

cmovno

~OF

无溢出

cmovc

CF

有进位

cmovnc

~CF

无进位

cmovp

cmovpe

PF

PF = 1

cmovnp

cmovpo

~PF

PF != 1

cmovg

cmovnle

~(SF ^ OF) & ~ZF

大于（有符号 > ）

cmove

cmovnl

~(SF ^ OF)

大于等于（有符号 >= ）

cmovl

cmovnge

SF ^ OF

小于（有符号小于 < ）

cmovle

cmovng

(SF ^ OF) | ZF

小于等于（有符号 <= ）

cmova

cmovnbe

~CF & ~ZF

超过（无符号 > ）

cmovae

cmovnb

~CF

超过或相等（无符号 >=）

cmovb

cmovnae

CF

低于（无符号 < ）

cmovbe

cmovna

CF | ZF

低于或相等（无符号 <=）

2.5 过程调用

x86-64的过程实现包括一组特殊的指令和一些对机器资源（例如寄存器和程序内存）使用规则的约定。

2.5.1 运行时栈

x86-64的栈向低地址方向增长，而栈指针 %rsp 指向栈顶元素。可以用 push 和 pop 相关指令将数据存入栈中或是从栈中取出数据。将栈指针减小一个适当的量可以为数据在栈上分配空间；类似的，可以通过增加栈指针来释放空间。

当过程 P 调用过程 Q 时，其栈内结构如下图所示：

当前正在执行的过程的栈帧总是在栈顶。当 过程 P 调用过程 Q 时，会把返回地址压入栈中，指明当 Q 返回时，要从 P 程序的哪个位置继续执行。Q 的代码会扩展到当前栈的边界，分配它所需要的栈帧空间。在这个空间中，它可以保存寄存器的值，分配局部变量空间，为它调用的过程设置参数。通过寄存器，过程 P 可以传递最多 6 个整数值（包括指针和整数），如果 Q 需要更过参数时，P 可以在调用 Q 之前在自己的栈帧里存储好这些参数。

2.5.2 过程调用惯例2.5.2.1 参数传递

x86-64中，最多允许 6 个参数通过寄存器来传递，多出的参数需要通过栈来传递，正如 2.5.1 节描述的那样；传递参数时，参数的顺序与寄存器的关系对应如下：

操作数大小（位）

参数1

参数2

参数3

参数4

参数5

参数6

64

%rdi

%rsi

%rdx

%rcx

%r8

%r9

32

%edi

%esi

%edx

%ecx

%r8d

%r9d

16

%di

%si

%dx

%cx

%r8w

%r9w

8

%dil

%sil

%dl

%cl

%r8b

%r9b

如果一个函数 Q 有 n （n > 6）个整数参数，如果过程 P 调用过程 Q，需要把参数 1 ~ 6复制到对应的寄存器，把参数 7 ~ n放到栈上，而参数 7 位于栈顶。通过栈传递参数时，所有的数据大小都向 8 的倍数对齐。参数到位以后，程序就可以指向 call 指令将控制转移到 Q 了。

2.5.2.2 返回值

被调用函数返回时，把返回结果放入 %rax中，供调用函数来获取。

2.5.2.3 寄存器的其它约定

根据惯例，寄存器的 %rbx、%rbp和 %r12~%r15被划分位被调用者保存寄存器。当过程 P 调用过程 Q 时，Q 必须保证这些寄存器的值在被调用前和返回时是一致的。也就是说， Q 要么不去使用它，要么先把寄存器原始值压入栈，在使用完成后，返回到 P 之前再把这些寄存器的值从栈中恢复。

所有其它寄存器，除了栈指针 %rsp，都分类为调用者保存寄存器。这就意味着任何函数都能修改它们。可以这样来理解“调用者保存”这个名字：过程 P 在某个此类寄存器中存有数据，然后调用过程 Q。因为 Q 可以随意修改这个寄存器，所以在调用之前首先保存好这个数据时 P （调用者）的责任。

2.5.3 控制转移

过程调用时，通过一下指令来进行调用及返回：

指令

描述

call Label

过程调用

call *Operand

过程调用

ret

从过程调用返回

call 指令有一个目标，即指明被调用过程起始的指令地址。同跳转指令一样，调用可以是直接的，也可以是间接的。

当 call 指令执行时，调用者 P 已经按 2.5.2 的约定，把被调用者 Q 所需要的参数准备好了。该指令执行时，会把返回地址 A 压入栈中，并将PC （%rip）设置为 Q 的起始地址。对应的，ret 指令会从栈中弹出返回地址 A，并把PC（%rip）设置为 A，程序从 A 处继续执行。

2.6 字符串指令

字符串指令用于对字符串进行操作，这些操作包括在把字符串存入内存、从内存中加载字符串、比较字符串以及扫描字符串以查找子字符串。

2.6.1 movs、cmps类指令

movs 指令用于把字符串从内存中的一个位置拷贝到另一个位置。cmps 指令用于字符串比较。

在老的运行模式中，这些指令把字符串从 %ds: %(e)si 表示的内存地址拷贝到 %es: %(e)di 表示的内存地址。在64位模式中，这些指令把字符串从 %(r|e)si 表示的内存地址处拷贝到 %(r|e)di 表示的内存地址处。

当操作完成后， %(r|e)si 和 %(r|e)di 寄存器的值会根据 DF 标志位的值自动增加或减少。当 DF 位为 0 时，%(r|e)si 和 %(r|e)di 寄存器的值会增加，当 DF 为 1 时，寄存器的值会减少。根据移动的字符串是字节、字、双字、四字，寄存器会分别减少或增加1、2、4、8。

movs类指令：

指令

描述

movsb

move byte string

movsw

move word string

movsl

move doubleword string

movsq

move qword string

cmps类指令：

指令

描述

cmpsb

compare byte string

cmpsw

compare word string

cmpsl

compare doubleword string

cmpsq

compare qword string

2.6.2 lods指令

lods 指令把源操作数加载到 %al，%ax，%eax 或 %rax 寄存器，源操作数是一个内存地址。在老的模式下，这个地址会从 %ds:%esi 或者 %ds:%si读取（根据操作数地址属性是32还是16来决定使用不同的寄存器）；在64位模式下内存地址从寄存器 %(r)si 处读取。

在数据加载完成后，%(r|e)si 寄存器会根据 DF 标志位自动增加或减少（如果 DF 为0，%(r|e)si 寄存器会增加；如果DF 为 1，%(r|e)si 寄存器会减少 ）。根据移动的字符串是字节、字、双字、四字，寄存器会分别减少或增加1、2、4、8。

指令

描述

说明

lodsb

load byte string

For legacy mode, Load byte at address DS:(E)SI into AL. For 64-bit mode load byte at address (R)SI into AL.

lodsw

load word string

For legacy mode, Load word at address DS:(E)SI into AX. For 64-bit mode load word at address (R)SI into AX.

lodsl

load doubleword string

For legacy mode, Load dword at address DS:(E)SI into EAX. For 64-bit mode load dword at address (R)SI into EAX.

lodsq

load qword string

Load qword at address (R)SI into RAX.

2.6.3 stos 指令

stos 指令把 %al，%ax，%eax 或 %rax 寄存器里的字节、字、双字、四字数据，保存到目的操作数，目的操作数是一个内存地址。在老的模式下，这个地址会从 %ds:%esi 或者 %ds:%si读取（根据操作数地址属性是32还是16来决定使用不同的寄存器）；在64位模式下内存地址从寄存器 %rdi 或 %edi 处读取。

在数据加载完成后，%(r|e)di 寄存器会根据 DF 标志位自动增加或减少（如果 DF 为0，寄存器会增加；如果DF 为 1， 寄存器会减少 ）。根据移动的字符串是字节、字、双字、四字，寄存器会分别减少或增加1、2、4、8。

指令

描述

说明

stosb

store byte string

For legacy mode, store AL at address ES:(E)DI; For 64-bit mode store AL at address RDI or EDI.

stosw

store word string

For legacy mode, store AX at address ES:(E)DI; For 64-bit mode store AX at address RDI or EDI.

stosl

store dowble word string

For legacy mode, store EAX at address ES:(E)DI; For 64-bit mode store EAX at address RDI or EDI.

stosq

store qword string

Store RAX at address RDI or EDI.

2.6.4 REP相关指令

上面几节提到的字符串相关指令，都是单次执行的指令。可以在这些指令前面添加 rep 类前缀，让指令重复执行。重复执行的次数通过计数寄存器-- %(r|e)cx 来指定，或者根据ZF 标志位是否满足条件进行判断。

rep 类前缀包括： rep(repeat)，repe(repeat while qeual)，repne(repeat while not qeual)，repz(repeat while zero) 和 repnz(repeat while not zero)。 rep 前缀可以放置在 ins，outs，movs，lods和stos指令前面；而repe、repne、repz和repnz前缀可以放置在 cmps 和 scas指令前面。

repe、repne、repz和repnz 前缀指令在每一次迭代执行后，会检查 ZF 标志是否满足中止条件，如果满足则中止循环。

中止条件：

前缀格式

中止条件1

中止条件2

rep

%rcx 或 %(e)cx = 0

无

repe/repz

%rcx 或 %(e)cx = 0

ZF = 0

repne/repnz

%rcx 或 %(e)cx = 0

ZF = 1

三、汇编器指令

这部分指令是跟x86指令集无关的指令，这些指令以"."开头。

3.1 段相关指令

指令

描述

.text

代码段

.rodata

只读数据段

.data

数据段

.bss

未初始化数据段。bss段用于本地通用变量存储。您可以在bss段分配地址空间，但在程序执行之前，您不能指定要加载到其中的数据。当程序开始运行时，bss段的所有内容都被初始化为零。

3.2 数据相关指令

数据相关指令在.bss段无效。

指令

描述

.ascii

文本字符串，末尾不会自动添加‘‘\0’字符

.asciz

除了会在字符串末尾自动添加‘\0’字符外，同.ascii

.byte

8位整数

.short

16位整数

.int

32位整数

.long

32位整数 (same as .int)

.quad

8字节整数

.octa

16字节整数

.single

单精度浮点数

.float

单精度浮点数

double

双精度浮点数

代码示例：

 .byte  74, 0112, 092, 0x4A, 0X4a, 'J, '\J # All the same value. .ascii "Ring the bell\7"                  # A string constant. .octa  0x123456789abcdef0123456789ABCDEF0 # A bignum. .float 0f-314159265358979323846264338327\ 95028841971.693993751E-40                 # - pi, a flonum.

1、《深入理解计算机系统》（第三版）

2、《操作系统真象还原》

3、《一个64位操作系统的设计与实现》

5、《x86汇编语言：从实模式到保护模式》

4、gnu as 文档：

5、Intel 64和IA-32架构软件开发者手册：

6、x86 Assembly Language Reference Manual（AT&T syntax）：