深入理解计算机系统（3.4）——算术和逻辑操作

上一篇博客 我们介绍了几种数据传送指令，包括MOV,MOVS,MOVZ,PUSH和POP等，理解起来也不算难。本篇博客我们来接着看汇编语言的算术与逻辑运算指令，算术无非就是加减乘除，而逻辑运算也就是与或非，移位等操作。下面这张图是汇编里面的算术和逻辑操作：

　　上面除了 leal（加载有效地址）指令通常用来执行简单的算术操作，其余的指令都是标准的一元或者二元操作，下面我们分别来介绍这几个指令操作。

1、leal 指令

　　leal 指令也称为加载有效地址（load effective address）指令，它实际上是 movl 指令的变形。它的指令形式是从存储器读数据到寄存器，但实际上它根本没有引用存储器。

　　它的第一个操作数看上去是一个存储器引用，但该指令并不是从指定的位置读取数据，而是将有效地址写入到目的操作数，类似于 C 语言的取地址操作符“&”。另外就是作普通的算术运算。

　　leal 立即数，寄存器

　　这类指令就是将立即数装载至寄存器，比如 leal 0𝑥01,0×01,%eax 的效果是等价的

　　leal 地址，寄存器

　　leal指令的作用是将地址加载到寄存器，对于leal S，D而言，就是实现了 &S –> D 的功能

　　leal S, D 结果是&S -> D

　　movl S,D 结果是S -> D

　　通用的操作我们就不讲了，这里讲一下取地址操作，比如对于leal 4(%edx,%edx,4),%eax这条指令来讲，我们假设%edx寄存器的值为x的话，那么这条指令的作用就是将 4 + x + 4x = 5x + 4赋给%eax寄存器。它和mov指令的区别就在于，假设是movl 4(%edx,%edx,4),%eax这个指令，它的作用是将内存地址为5x+4的内存区域的值赋给%eax寄存器，而leal指令只是将5x+4这个地址赋给目的操作数%eax而已，它并不对存储器进行引用的值的计算。

　　为了更好的表示这条指令的效果，这里简单的画个图来表示这一过程。我们假设下图是执行指令之前，寄存器和存储器的状态。

　　可以看到，此时在存储器中，地址为5x+4的区域的值为1000。那么此时若是进行movl 4(%edx,%edx,4),%eax操作，很显然，%eax的值应该为1000，也就是下图。

　　但是如果进行leal 4(%edx,%edx,4),%eax操作的话，%eax的值就不是1000了，因为leal指令不会去取存储器当中的值，因此寄存器%eax的值应该是5x+4。

　　试想一下，倘若在地址为5x+4的位置存储的是变量i，那么其实这条指令就相当于&i操作，这也就是C语言当中的&取地址操作的汇编级做法。

　　此外，它还可以简单的描述普通的算术操作，比如假如寄存器 %edx 的值为 x，那么指令 leal 7 (%edx,%edx,4），%eax。 这表示的意思是设置寄存器 %eax 的值为 7+x+4x=5x+7。这里的leal指令根本与有效地址无关，但是需要注意的是目的操作数必须是寄存器。

2、INC、DEC、NEG、NOT 指令

　　这四个指令的格式如下： 　　这四个指令都是一元操作，即它们都只有一个操作数，即是源也是目的。这个操作数可以是寄存器，也可以是存储器。

　　比如： incl (%esp) 会使栈顶的 4 字节元素加 1。可以联想到 C 语言的自增（++）或者自减（–）

3、ADD、SUB、IMUL、XOR、OR、AND 指令

　　这一组指令格式如下：

　　它们都是二元操作，其中第二个操作数即是源又是目的，我们可以联想到 C 语言的 x += y。

　　第一个操作数可以是立即数、寄存器或存储器，第二个操作数可以是寄存器或存储器位置。不过和 movl 指令一样，两个操作数不能同时是存储器位置。

4、SAL、SHL、SAR、SHR 指令

　　移位操作，指令格式如下：

　　第一个操作数是移位量，SAL 和 SHL 都是左移指令，效果是一样的，移动几位，右边补上几位0；右移指令不同，算术右移 SAR 是补上符号位，即右边的第一位；逻辑右移 SHR 是补上 0 。

　　移位的目的操作数可以是一个寄存器或是一个存储器位置。