II. 数据的表示与运算

数据的表示

二进制数据的组织

在 data 段中可以定义变量和数组，对应语法如下：

data segment
  s db "Hello, World" ; 字符串 char[13]
  a dd 1, 2, 3, 4, 5  ; 数组 int[5]
  b dw 5 dup(0)       ; 数组 short int[5]，初始值全为0
  c db 0FFh;          ; 值为0FFh的字符 char
  f dd 3.14           ; 值为3.14的浮点数 float
data ends

• 用 dup(数) 来表示数组，用 ? 表示无初始值或初始值任意。
• 在定义字符串时，可以通过 0Dh、0Ah 来表示换行。

二进制浮点数的表示

略。

数据的运算

零扩充和符号扩充

• 当把低位无符号数赋给高位无符号数时，必须采用零扩充规则，即在左边补 0。
• 当把低位有符号数赋给高位有符号数时，必须采用符号扩充规则，即在左边补上原数的最高位（符号位）。

cbw、cwd 符号扩充

• cbw，即 convert byte to word，可将 AL 中的值符号扩充到 AX 中
• cwd，即 convert word to double word，可将 AX 中的值符号扩充到 DX:AX 中

movzx 零扩充

movzx dest, src 把 src 零扩充到寄存器 dest 中。指令格式：

• movzx reg16, reg8|reg8
• movzx reg32, reg8|mem8|reg16|mem16

movsx 符号扩充

movsx dest, src 功能与格式与 movzx 类似，区别在于 movsx 是符号扩充。

整数运算

加法 add / inc / adc

• add dest, src：dest += src
• adc dest, src（带进位加）：dest += src + CF
• inc op：op++

add / adc 指令若发生进位会将 CF 寄存器置 1，否则将 CF 寄存器置 0。inc 指令不会影响 CF 寄存器

减法 sub / sbb / dec / neg

• sub dest, src：dest -= src
• sbb dest, src（带错位减）：dest -= src + CF（dest = dest - src - CF）
• dec op：op--
• neg op（取相反数）：op = -op

乘法 mul / imul

用 mul 进行无符号整数乘法。

• 当 mul 后跟一个 8 位寄存器或 8 位变量作为乘数时，被乘数一定是 AL，乘积一定是 AX。
• 当 mul 后跟一个 16 位寄存器或 16 位变量作为乘数时，被乘数一定是 AX，乘积一定是 DX:AX。
• 当 mul 后跟一个 32 位寄存器或 32 位变量作为乘数时，被乘数一定是 EAX，乘积一定是 EDX:EAX。

用 imul 进行有符号整数乘法，其第一类用法和 mul 的上述用法相同。第二类用法可以包含两个或三个操作数，其中前两个操作数可以是寄存器或变量，第三个操作数只能是常数：

• imul eax, ebx：EAX = EAX × EBX
• imul eax, ebx, 3：EAX = EAX × EBX × 3

除法 div / idiv

用 div 进行无符号整数除法。

• 当 div 后跟一个 8 位寄存器或 8 位变量作为除数时，被除数一定是 AX，商是 AL，余数是 AH
• 当 div 后跟一个 16 位寄存器或 16 位变量作为除数时，被除数一定是 DX:AX，商是 AX，余数是 DX
• 当 div 后跟一个 32 位寄存器或 32 位变量作为除数时，被除数一定是 EDX:EAX，商是 EAX，余数是 EDX

除法溢出有来两种情形：

• 除数是 0。
• 被除数除以除数的商无法保存到相应寄存器中。

当发生除法溢出时，会在 div 指令上方插入并调用一条 int 00h 中断指令（默认行为：显示 divide overflow 并强行结束程序运行）。如果修改 0:0 处的中断向量，则可以在发生中断时转到我们自己的中断函数，对除法溢出的问题进行处理。iret 后会重新执行除法指令。

用 idiv 进行有符号整数除法，用法参考 div。

浮点数运算

• fld 压入小数类型的变量。
• fild 把整数类型的变量转化为小数类型并压入。
• fst 把小数寄存器 st(0) 保存到变量中。
• fstp 把小数寄存器 st(0) 保存到变量中并弹出 st(0)。
• fadd / fsub / fmul / fdiv 进行浮点数的四则运算；如用 fmul st, st(1) 进行乘法计算。

CPU 内部一共有 8 个小数寄存器，分别叫做 st(0)、st(1)、…、st(7)。其中 st(0)简称 st 这 8 个寄存器的宽度均达到 80 位，相当于 C 语言中的 long double 类型。

位运算

逻辑运算

逻辑移位 shl、shr

适用于无符号数的移位运算，空位补 0，最后一个被移动的位会被放到 CF 标志中。

算术移位 sal、sar

适用于有符号数的移位运算。sal 与 shl 完全相同，sar 会在被操作数是负数时补 1，否则行为和 shr 相同。同样的，最后一个被移动的位会被放到 CF 标志中。

循环移位 rol 、ror

对应变量进行循环移位操作，即被移出的值会从另一侧填补到数中。注意最后一个被移动的位会在被放到另一端的同时放到 CF 标志中。

带进位循环移位 rcl、rcr

同样是循环移位操作，但会把 CF 标志看作其中一位参与运算（如被操作数宽度为 16 位，可看作一个长度为 17 的环）。

字符串操作与运算

字符串指令的方向会被 DF 标志控制，当 DF=0 时会按照正方向（低地址到高地址）运行，当 DF=1 时会按照反方向（高地址到低地址）运行。可通过执行 cld 和 std 来控制。

字符串复制指令 rep movsb/w/d

rep movsb，即 move string in byte，会以字节（byte）为单位复制字符串。如果将 movsb 换成 movsw 和 movsd，则分别会以 word、double word 为单位复制字符串。

在执行 repo movsb 执行前需要做以下准备工作：

1. DS:SI 指向源字符串（SI 就是 source index）
2. ES:DI 指向目标字符串（DI 就是 destination index）
3. CX 寄存器存储移动次数
4. DF 标志表示方向（如果）

rep movsb 的行为的伪代码如下：

again:
	if (cx == 0) goto done
	asm mov byte ptr es:[di], byte ptr es:[do]  // movsw/d的话这里就换为word/dword
	df == 0 ? (si++, di++) : (si--, di--)      // movsw/d的话这里就需要增减2/4
	cx--
	goto again
done:

字符串比较指令 repe/ne cmpsb/w/d

单条 cmpsb 指令的行为如下：

asm cmp byte ptr ds:[si], byte ptr es:[di]
df == 0 ? (si++, di++) : (si--, di--)

repe 和 repne 则控制了 cmp 比较结果的行为，如 repe 的行为如下（若本次比较相等则继续比较下一个）：

again:
	if (cx == 0) goto done
	asm cmp byte ptr ds:[si], byte ptr es:[di]
	df == 0 ? (si++, di++) : (si--, di--)
	cx--
	if (zf == 1) goto again    // repne的话这里就要求ZF=0
done:

字符串搜索指令 repe/ne sacsb/w/d

这条字符串指令就只和 ES:DI （注意不是 DS:SI 哦）所指向的字符串有关，CPU 将在其中搜索 AL/AX/EAX 的值（取决于是 sacsb 还是 sacsw 或 sacsd）。

repe sacsb 的行为如下：

again:
	if (cx == 0) goto done
	asm cmp al, byte ptr es:[di]  // sacsw/d的话这里还要换成AX/EAX
	df == 0 ? (di) : (di--)
	cx--
	if (zf == 1) goto again       // repne的话这里就要求ZF=0
done:

写入字符串指令 rep stosb/w/d

把 AL/AX/EAX 的值写入 ES:DI 指向的目标字符串中。

读取字符串指令 lodsb/w/d

从 DS:SI 所指向的源字符串中读取一个 byte/word/double word 保存到 AL/AX/EAX。

data segment
s db "Ada Lovelace is often regarded as "
  db "the first computer programmer."
slen = $ - offset s
t db slen dup('T')
data ends

code segment
assume cs:code, ds:data
main:
   mov ax, data
   mov ds, ax
   mov es, ax
   mov si, offset s; ds:si->s[0]
   mov di, offset t; es:di->t[0]
   mov cx, slen    ; CX = length of s
   cld             ; DF = 0
   jcxz done       ; jump if cx is zero
again:
   lodsb           ; AL=ds:[si], si++
   cmp al, ' '
   je skip
   stosb           ; es:[di]=AL, di++
skip:
   loop again      ; dec cx
                   ; jnz again
done:
   xor al, al      ; AL = 00h
   stosb           ; es:[di]=AL, di++
   mov ah, 4Ch
   int 21h
code ends
end main