ICS 与 8086 复习 11：IA-32 指令与 AT&T 汇编语法

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同样是 mov，为什么在 8086 课件中写成 mov ax,bx，到了 ICS 课件却成了 movl %ebx,%eax？复习到这里，最容易混在一起的有三个问题：处理器支持什么指令、操作数有多少位、汇编器采用什么书写规则。把这三件事分开，反汇编阅读会顺畅很多。

本文以课程中的 32 位 IA32、Linux、GNU 汇编器 AT&T 语法为主。8086 的段地址计算留在实模式语境；不能把 段值×16+偏移 直接套到这里的平坦地址示例中。

先认方向和宽度

Intel 语法通常把目的操作数写在前面，AT&T 语法通常把源操作数写在前面。AT&T 中寄存器名前加 %，立即数前加 $，常见指令后缀 b/w/l/q 分别表示 8、16、32、64 位。

含义	Intel 写法	AT&T 写法
EBX 送 EAX	`mov eax,ebx`	`movl %ebx,%eax`
常数 5 送 EAX	`mov eax,5`	`movl $5,%eax`
读取 EBX 指向的双字	`mov eax,DWORD PTR [ebx]`	`movl (%ebx),%eax`
EAX 加 5	`add eax,5`	`addl $5,%eax`
以 EAX−EBX 设置标志	`cmp eax,ebx`	`cmpl %ebx,%eax`

这是书写规则的对应，不代表所有指令都能机械地把操作数倒过来。多操作数指令、间接调用等还要看指令定义。GNU 汇编器的两种语法说明适合用来查这些差异。

AX 是 EAX 的低 16 位，AL 是低 8 位，AH 是第 8—15 位。写 AL 不等于重写整个 EAX。例如 EAX=12345678H 时执行 movb $0xAB,%al，结果为 123456ABH。

有效地址和访存必须分开

IA32 常见存储器操作数写成：

位移(基址寄存器,变址寄存器,比例因子)
有效地址 = 位移 + 基址 + 变址 × 比例因子
比例因子通常为 1、2、4、8

例如 8(%ebx,%esi,4)。给定 EBX=1000H、ESI=3，有效地址就是：

1000H + 3×4 + 8 = 1014H

进一步给定从 1014H 开始的四个字节为 2A 00 00 00，则下面两条指令在相同初始状态下的结果不同：

movl 8(%ebx,%esi,4),%eax   # EAX=0000002AH，读取内存
leal 8(%ebx,%esi,4),%eax   # EAX=00001014H，计算地址

LEA 不读取该地址中的数据，也不据此设置算术标志。它常被编译器用于算术。例如 leal (%eax,%eax,4),%edx 得到原 EAX 值的五倍，不能因为出现括号就认定访存。

普通 MOV 通常不允许两个操作数同时为存储器。要从一个内存位置复制到另一个位置，通常先经过寄存器，或使用具有专门语义的串操作指令。

反汇编的字节行怎样读

课件把指令分成操作码、ModR/M、可选 SIB、位移和立即数等字段。这里首先要理解字段职责：操作码确定操作类别；ModR/M 常参与选择寄存器或存储器形式；SIB 表达比例、变址和基址；后面的若干字节可能是位移，也可能是立即数。不是每条指令都具备全部字段，不能给任意机器码强行套同一长度。

比如反汇编中的一行同时给出地址、机器字节和助记符，左边的地址表示这条指令从哪里开始，中间是实际编码，右边是工具生成的符号说明。判断下一条指令地址，应数中间的实际字节，而不是按汇编文本字符数增加。对于课程给出的定长模型机则可以使用题设长度，两者必须区分。

做译码题时，推荐按“操作数长度、指令方向、寻址形式、位移或立即数”四步记录。位移和立即数若各占多个字节，还要结合小端顺序还原值。立即数编码为较短位数时，指令可能按规则符号扩展，不能一概在高位补零。

机器级程序的控制依赖还要求检查标志何时被改写。MOV 和 LEA 不改变这里讨论的算术标志，ADD、SUB 等会设置它们。如果比较之后插入另一条会改变标志的指令，紧接着的条件跳转读取的是新标志。读程序时应追溯最近一次相关标志的生产者，不能只往上找到最近的 CMP 就停止。

同一位串怎样扩展成 32 位

令 AL=80H，按 8 位补码解释为 −128，按无符号数解释为 128。

movsbl %al,%eax   # 符号扩展，EAX=FFFFFF80H
movzbl %al,%eax   # 零扩展，EAX=00000080H

这里分别讨论两条指令对同一初值的处理。符号扩展复制原符号位，零扩展在高位补零；决定采用哪种扩展的是源值的语义。C 语言中的整数提升会影响编译器作出的选择。

在 x86-64 中还要另外记住：写入一个 32 位通用寄存器会把对应 64 位寄存器的高 32 位清零；写入 8 位或 16 位部分则没有这个通用清零效果。不要把这条 64 位模式规则倒推成“任何部分寄存器写入都会清高位”。

算术题要检查隐含操作数

addl %ebx,%eax 的源和目的都明确；单操作数形式的乘除法则不是这样。

IA32 指令形式	被运算的值	结果位置
`mull src`	无符号 `EAX × src`	`EDX:EAX`
单操作数 `imull src`	有符号 `EAX × src`	`EDX:EAX`
`divl src`	无符号 `EDX:EAX ÷ src`	商 EAX，余数 EDX
`idivl src`	有符号 `EDX:EAX ÷ src`	商 EAX，余数 EDX

准备一个非负的 32 位无符号被除数时，通常要先将 EDX 清零；准备有符号的 EAX 被除数时，使用 cltd，即 Intel 语法的 CDQ，把 EAX 符号扩展到 EDX:EAX。EDX 留有旧值，会改变整个 64 位被除数。

一道移位跟踪题

以下为 16 位操作数的 IA32 指令片段，初始 AX=FF80H，各行按顺序执行：

movw %ax,%dx
salw $2,%ax
addw %dx,%ax
sarw $1,%ax

第一步保留原值，DX=FF80H。第二步左移两位并保留低 16 位，得到 AX=FE00H。第三步相加，FE00H+FF80H 的低 16 位是 FD80H。第四步算术右移一位并在高位补 1，得到 FEC0H，补码真值为 −320。

这道题可以解释为本例位宽下的 ((-128×4)+(-128))/2，结果恰好为整数。不能据此把任意带符号 C 左移表达式都视为合法乘法；也不能断言左移两位后的 OF 为 0。x86 移位次数大于 1 时 OF 未定义。标志行为应按对应指令手册核对。

复习时的易错点

把 movl $100,%eax 看成读取地址 100 的内存，是忽略了 $。把 movl 100,%eax 看成立即数，则犯了相反的错误。对带符号扩展、比例变址、隐含乘除操作数的题目，都应先写出数据宽度，再计算位串。

课程还介绍 x87、SSE 和 AVX。这里需要先掌握组织方式：x87 采用浮点寄存器栈，SSE/AVX 使用向量寄存器；标量运算处理一个元素，打包运算处理多个元素。它们的中间精度和指令选择可能影响浮点程序现象，但不能只凭一段 C 代码保证编译器一定选中某条指令。

自测与简答

EAX=12345678H，执行 movw $0,%ax 后是什么？
EBX=2000H、ECX=5，leal 12(%ebx,%ecx,2),%eax 得到什么？
EAX 中是有符号数 −7，执行 idivl 前怎样构造相应的 EDX:EAX？

答案：① 12340000H。② 2000H+10+12=2016H，这是地址计算结果，没有读取 2016H 处的内存。③ 执行 cltd，把 EAX 的符号扩展到 EDX；仅清零 EDX 不能表达该负数的有符号 64 位扩展。

资料对应

主要依据《3.程序转换与指令系统-V1.0.pptx》第 6—9、35—46、47—65、67—88、97—115 页。页码按课件实际幻灯片序号计。寻址、语法和隐含操作数的例子为重新设计；移位例子修正了第 83 页操作数尺寸与 OF 叙述。