32位汇编语法总结

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-06-04 00:35 237阅读 0赞

# 1. 寄存器. #

主要寄存器如下图所示：  
![寄存器结构][SouthEast]

X86处理器中有8个32位的通用寄存器。由于历史的原因，EAX通常用于计算，ECX通常用于循环变量计数。ESP和EBP有专门用途，ESP指示栈指针(用于指示栈顶位置)，而EBP则是基址指针（用于指示子程序或函数调用的基址指针）。如图中所示，EAX、EBX、ECX和EDX的前两个高位字节和后两个低位字节可以独立使用，其中两位低字节又被独立分为H和L部分，这样做的原因主要是考虑兼容16位的程序，具体兼容匹配细节请查阅相关文献。

应用寄存器时，其名称大小写是不敏感的，如EAX和eax没有区别。

# 2. 内存和寻址模式 #

### 2.1声明静态数据区 ###

可以在X86汇编语言中用汇编指令.DATA声明静态数据区（类似于全局变量），数据以单字节、双字节、或双字（4字节）的方式存放，分别用DB,DW, DD指令表示声明内存的长度。在汇编语言中，相邻定义的标签在内存中是连续存放的。  
![SouthEast 1][]  
还可以声明连续的数据和数组，声明数组时使用DUP关键字  
![SouthEast 2][]

### 2.2 寻址模式 ###

现代X86处理器具有232字节的寻址空间。在上面的例子中，我们用标签(label)表示内存区域，这些标签在实际汇编时，均被32位的实际地址代替。除了支持这种直接的内存区域描述，X86还提供了一种灵活的内存寻址方式，即利用最多两个32位的寄存器和一个32位的有符号常数相加计算一个内存地址，其中一个寄存器可以左移1、2或3位以表述更大的空间。下面例子是汇编程序中常见的方式  
![SouthEast 3][]

下面是违反规则的例子:  
![SouthEast 4][]

### 2.3 长度规定 ###

在声明内存大小时，在汇编语言中，一般用DB，DW，DD均可声明的内存空间大小，这种现实声明能够很好地指导汇编器分配内存空间，但是，对于

mov [ebx], 2

如果没有特殊的标识，则不确定常数2是单字节、双字节，还是双字。对于这种情况，X86提供了三个指示规则标记，分别为

BYTE PTR, WORD PTR, and DWORD PTR

如上面例子写成：

mov BYTE PTR [ebx], 2， mov WORD PTR [ebx], 2， mov DWORD PTR [ebx], 2

则意思非常清晰。

# 3 汇编指令 #

汇编指令通常可以分为数据传送指令、逻辑计算指令和控制流指令。本节将讲述其中最重要的指令，以下标记分别表示寄存器、内存和常数。  
![SouthEast 5][]

### 3.1 数据传送指令 ###

*  mov — Move (Opcodes: 88, 89, 8A, 8B, 8C, 8E, …)  
    mov指令将第二个操作数（可以是寄存器的内容、内存中的内容或值）复制到第一个操作数（寄存器或内存）。mov不能用于直接从内存复制到内存，其语法如下所示：

mov <reg>,<reg>
    mov <reg>,<mem>
    mov <mem>,<reg>
    mov <reg>,<const>
    mov <mem>,<const>

#Examples
    mov eax, ebx #将ebx的值拷贝到eax
    mov byte ptr [var], 5 #将5保存找var指示内存中的一个字节中

*  push— Push stack (Opcodes: FF, 89, 8A, 8B, 8C, 8E, …)  
    push指令将操作数压入内存的栈中，栈是程序设计中一种非常重要的数据结构，其主要用于函数调用过程中，其中ESP只是栈顶。在压栈前，首先将ESP值减4（X86栈增长方向与内存地址编号增长方向相反），然后将操作数内容压入ESP指示的位置。其语法如下所示：

push <reg32>
    push <mem>
    push <con32>

#Examples
    push eax #将eax内容压栈
    push [var] #将var指示的4直接内容压栈

*  pop— Pop stack  
    pop指令与push指令相反，它执行的是出栈的工作。它首先将ESP指示的地址中的内容出栈，然后将ESP值加4. 其语法如下所示：

pop <reg32>
    pop <mem>

#Examples
    pop edi #pop the top element of the stack into EDI.
    pop [ebx] #pop the top element of the stack into memory at the four bytes starting at location EBX.

*  lea— Load effective address  
    lea实际上是一个载入有效地址指令，将第二个操作数表示的地址载入到第一个操作数（寄存器）中。其语法如下所示：

Syntax
    lea <reg32>,<mem>

#Examples
    lea eax, [var] #var指示的地址载入eax中.
    lea edi, [ebx+4*esi] #ebx+4*esi表示的地址载入到edi中，这实际是上面所说的寻址模式的一种表示方式.

### 3.2 算术和逻辑指令 ###

*  add— Integer Addition  
    add指令将两个操作数相加，且将相加后的结果保存到第一个操作数中。其语法如下所示：

add <reg>,<reg>
    add <reg>,<mem>
    add <mem>,<reg>
    add <reg>,<con>
    add <mem>,<con>

#Examples
    add eax, 10 #EAX ← EAX + 10
    add BYTE PTR [var], 10 #10与var指示的内存中的一个byte的值相加，并将结果保存在var指示的内存中

*  sub— Integer Subtraction  
    sub指令指示第一个操作数减去第二个操作数，并将相减后的值保存在第一个操作数，其语法如下所示：

sub <reg>,<reg>
    sub <reg>,<mem>
    sub <mem>,<reg>
    sub <reg>,<con>
    sub <mem>,<con>

#Examples
    sub al, ah #AL ← AL - AH
    sub eax, 216 #eax中的值减26，并将计算值保存在eax中

*  inc, dec— Increment, Decrement  
    inc,dec分别表示将操作数自加1，自减1，其语法如下所示：

inc <reg>
    inc <mem>
    dec <reg>
    dec <mem>

#Examples
    dec eax #eax中的值自减1.
    inc DWORD PTR [var] #var指示内存中的一个4-byte值自加1

*  imul— Integer Multiplication  
    整数相乘指令，它有两种指令格式，一种为两个操作数，将两个操作数的值相乘，并将结果保存在第一个操作数中，第一个操作数必须为寄存器；第二种格式为三个操作数，其语义为：将第二个和第三个操作数相乘，并将结果保存在第一个操作数中，第一个操作数必须为寄存器。其语法如下所示：

imul <reg32>,<reg32>
    imul <reg32>,<mem>
    imul <reg32>,<reg32>,<con>
    imul <reg32>,<mem>,<con>

#Examples
    imul eax, [var] #eax→ eax * [var]
    imul esi, edi, 25 #ESI → EDI * 25

*  idiv— Integer Division  
    idiv指令完成整数除法操作，idiv只有一个操作数，此操作数为除数，而被除数则为EDX:EAX中的内容（一个64位的整数），操作的结果有两部分：商和余数，其中商放在eax寄存器中，而余数则放在edx寄存器中。其语法如下所示：

Syntax
    idiv <reg32>
    idiv <mem>

#Examples
    idiv ebx 
    idiv DWORD PTR [var]

*  and, or, xor— Bitwise logical and, or and exclusive or  
    逻辑与、逻辑或、逻辑异或操作指令，用于操作数的位操作，操作结果放在第一个操作数中。其语法如下所示：

and <reg>,<reg>
    and <reg>,<mem>
    and <mem>,<reg>
    and <reg>,<con>
    and <mem>,<con>
    or <reg>,<reg>
    or <reg>,<mem>
    or <mem>,<reg>
    or <reg>,<con>
    or <mem>,<con>
    xor <reg>,<reg>
    xor <reg>,<mem>
    xor <mem>,<reg>
    xor <reg>,<con>
    xor <mem>,<con>

#Examples
    and eax, 0fH #将eax中的钱28位全部置为0，最后4位保持不变.
    xor edx, edx #设置edx中的内容为0.

*  not— Bitwise Logical Not  
    位翻转指令，将操作数中的每一位翻转，即0->1, 1->0。其语法如下所示：

not <reg>
    not <mem>

#Example
    not BYTE PTR [var] — 将var指示的一个字节中的所有位翻转.

*  neg— Negate  
    取负指令。语法为：

neg <reg>
    neg <mem>

#Example
    neg eax #EAX → - EAX

*  shl, shr— Shift Left, Shift Right  
    位移指令，有两个操作数，第一个操作数表示被操作数，第二个操作数指示位移的数量。其语法如下所示：

shl <reg>,<con8>
    shl <mem>,<con8>
    shl <reg>,<cl>
    shl <mem>,<cl>
    shr <reg>,<con8>
    shr <mem>,<con8>
    shr <reg>,<cl>
    shr <mem>,<cl>

#Examples
    shl eax, 1 #Multiply the value of EAX by 2 (if the most significant bit is 0)，左移1位，相当于乘以2
    shr ebx, cl #Store in EBX the floor of result of dividing the value of EBX by 2n where n is the value in CL.

### 3.3 控制转移指令 ###

X86处理器维持着一个指示当前执行指令的指令指针（IP），当一条指令执行后，此指针自动指向下一条指令。IP寄存器不能直接操作，但是可以用控制流指令更新。  
一般用标签（label）指示程序中的指令地址，在X86汇编代码中，可以在任何指令前加入标签。如：

mov esi, [ebp+8]
    begin: xor ecx, ecx
           mov eax, [esi]

如第二条指令用begin指示，这种标签的方法在某种程度上简化了汇编程序设计，控制流指令通过标签实现程序指令跳转。

*  jmp — Jump  
    控制转移到label所指示的地址，（从label中取出执行执行），如下所示：

jmp <label>

#Example
    jmp begin #Jump to the instruction labeled begin.

*  jcondition -Conditional Jump  
    条件转移指令，条件转移指令依据机器状态字中的一些列条件状态转移。机器状态字中包括指示最后一个算数运算结果是否为0，运算结果是否为负数等。机器状态字具体解释请见微机原理、计算机组成等课程。语法如下所示：

je <label> (jump when equal)
    jne <label> (jump when not equal)
    jz <label> (jump when last result was zero)
    jg <label> (jump when greater than)
    jge <label> (jump when greater than or equal to)
    jl <label> (jump when less than)
    jle <label>(jump when less than or equal to)

#Example
    cmp eax, ebx
    jle done  ,#如果eax中的值小于ebx中的值，跳转到done指示的区域执行，否则，执行下一条指令。

*  cmp— Compare  
    cmp指令比较两个操作数的值，并根据比较结果设置机器状态字中的条件码。此指令与sub指令类似，但是cmp不用将计算结果保存在操作数中。其语法如下所示：

cmp <reg>,<reg>
    cmp <reg>,<mem>
    cmp <mem>,<reg>
    cmp <reg>,<con>

#Example
    cmp DWORD PTR [var], 10
    jeq loop

比较var指示的4字节内容是否为10，如果不是，则继续执行下一条指令，否则，跳转到loop指示的指令开始执行

*  call, ret— Subroutine call and return  
    这两条指令实现子程序（过程、函数等意思）的调用及返回。call指令首先将当前执行指令地址入栈，然后无条件转移到由标签指示的指令。与其它简单的跳转指令不同，call指令保存调用之前的地址信息（当call指令结束后，返回到调用之前的地址）。  
    ret指令实现子程序的返回机制，ret指令弹出栈中保存的指令地址，然后无条件转移到保存的指令地址执行。  
    call，ret是函数调用中最关键的两条指令。具体细节见下面一部分的讲解。语法为：

call <label>
    ret
     ```
    #4 调用规则
    为了加强程序员之间的协作及简化程序开发进程，设定一个函数调用规则非常必要，函数调用规则规定函数调用及返回的规则，只要遵照这种规则写的程序均可以正确执行，从而程序员不必关心诸如参数如何传递等问题；另一方面，在汇编语言中可以调用符合这种规则的高级语言所写的函数，从而将汇编语言程序与高级语言程序有机结合在一起。
    调用规则分为两个方面，及调用者规则和被调用者规则，如一个函数A调用一个函数B，则A被称为调用者(Caller)，B被称为被调用者(Callee)。
    下图显示一个调用过程中的内存中的栈布局：
    ![栈布局](https://img-blog.csdn.net/20171129171030944?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYW5ndXNfbW9ucm9l/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast)
    
    在X86中，栈增长方向与内存编号增长方向相反。
    
    - Caller Rules
    调用者规则包括一系列操作，描述如下：
    1）在调用子程序之前，调用者应该保存一系列被设计为调用者保存的寄存器的值。调用者保存寄存器有eax，ecx，edx。由于被调用的子程序会修改这些寄存器，所以为了在调用子程序完成之后能正确执行，调用者必须在调用子程序之前将这些寄存器的值入栈。
    2）在调用子程序之前，将参数入栈。参数入栈的顺序应该是从最后一个参数开始，如上图中parameter3先入栈。
    3）利用call指令调用子程序。这条指令将返回地址放置在参数的上面，并进入子程序的指令执行。（子程序的执行将按照被调用者的规则执行）
    当子程序返回时，调用者期望找到子程序保存在eax中的返回地址。为了恢复调用子程序执行之前的状态，调用者应该执行以下操作：
    1）清除栈中的参数；
    2）将栈中保存的eax值、ecx值以及edx值出栈，恢复eax、ecx、edx的值（当然，如果其它寄存器在调用之前需要保存，也需要完成类似入栈和出栈操作）

# Example #

# 如下代码展示了一个调用子程序的调用者应该执行的操作。此汇编程序调用一个具有三个参数的函数\_myFunc，其中第一个参数为eax，第二个参数为常数216，第三个参数为var指示的内存中的值。 #

push \[var\] ; Push last parameter first  
push 216 ; Push the second parameter  
push eax ; Push first parameter last  
call \_myFunc ; Call the function (assume C naming)  
add esp, 12

在调用返回时，调用者必须清除栈中的相应内容，在上例中，参数占有12个字节，为了消除这些参数，只需将ESP加12即可。
    
     _myFunc的值保存在eax中，ecx和edx中的值也许已经被改变，调用者还必须在调用之前保存在栈中，并在调用结束之后，出栈恢复ecx和edx的值。
    
    - 被调用者规则
    被调用者应该遵循如下规则：
    1）将ebp入栈，并将esp中的值拷贝到ebp中，其汇编代码如下：

push ebp
    mov  ebp, esp

上述代码的目的是保存调用子程序之前的基址指针，基址指针用于寻找栈上的参数和局部变量。当一个子程序开始执行时，基址指针保存栈指针指示子程序的执行。为了在子程序完成之后调用者能正确定位调用者的参数和局部变量，ebp的值需要返回。  
2）在栈上为局部变量分配空间。  
3）保存callee-saved寄存器的值，callee-saved寄存器包括ebx,edi和esi，将ebx,edi和esi压栈。  
4）在上述三个步骤完成之后，子程序开始执行，当子程序返回时，必须完成如下工作：  
　　4.1）将返回的执行结果保存在eax中  
　　4.2）弹出栈中保存的callee-saved寄存器值，恢复callee-saved寄存器的值（ESI和EDI）  
　　4.3）收回局部变量的内存空间。实际处理时，通过改变EBP的值即可：mov esp, ebp。  
　　4.4）通过弹出栈中保存的ebp值恢复调用者的基址寄存器值。  
　　4.5）执行ret指令返回到调用者程序。

After these three actions are performed, the body of the subroutine may proceed. When the subroutine is returns, it must follow these steps:

Leave the return value in EAX.

#Example
    .486
    .MODEL FLAT
    .CODE
    PUBLIC _myFunc
    _myFunc PROC
      ; Subroutine Prologue
      push ebp     ; Save the old base pointer value.
      mov ebp, esp ; Set the new base pointer value.
      sub esp, 4   ; Make room for one 4-byte local variable.
      push edi     ; Save the values of registers that the function
      push esi     ; will modify. This function uses EDI and ESI.
      ; (no need to save EBX, EBP, or ESP)
      ; Subroutine Body
      mov eax, [ebp+8]   ; Move value of parameter 1 into EAX
      mov esi, [ebp+12]  ; Move value of parameter 2 into ESI
      mov edi, [ebp+16]  ; Move value of parameter 3 into EDI
      mov [ebp-4], edi   ; Move EDI into the local variable
      add [ebp-4], esi   ; Add ESI into the local variable
      add eax, [ebp-4]   ; Add the contents of the local variable
                         ; into EAX (final result)
      ; Subroutine Epilogue 
      pop esi      ; Recover register values
      pop  edi
      mov esp, ebp ; Deallocate local variables
      pop ebp ; Restore the caller's base pointer value
      ret
    _myFunc ENDP
    END

子程序首先通过入栈的手段保存ebp，分配局部变量，保存寄存器的值。

在子程序体中，参数和局部变量均是通过ebp进行计算。由于参数传递在子程序被调用之前，所以参数总是在ebp指示的地址的下方（在栈中），因此，上例中的第一个参数的地址是ebp+8，第二个参数的地址是ebp+12，第三个参数的地址是ebp+16；而局部变量在ebp指示的地址的上方，所有第一个局部变量的地址是ebp-4，而第二个这是ebp-8.

[SouthEast]: /images/20220604/538c16d771c849318ad9859d1c5089f9.png
[SouthEast 1]: /images/20220604/d7dce0de08194a47a458110b34b23e1a.png
[SouthEast 2]: /images/20220604/e591fbc4c0224d8cadb5e1adb773e1c9.png
[SouthEast 3]: /images/20220604/af8a8eb17db44e8bb09f5513483192ca.png
[SouthEast 4]: /images/20220604/92b5143281f14a81bfee7940d900813d.png
[SouthEast 5]: /images/20220604/814f895d86d4441f92e7d88cca2d5bce.png