3.5 算术和逻辑操作

下图列出了一些双字整数操作，分为四类。

二元操作有两个操作数，而一元操作只有一个操作数。

描述这些操作数的符号与 3.4 节中使用的符号完全相同。除了 leal 以外，每条指令都有对应的对字（16位）和对字节操作的指令。把后缀“l” 换成 “w” 就是对字的操作，而换成 “b” 就是对字节的操作了。例如，addl 对应有 addw 和 addb。

3.5.1 加载有效地址

加载有效地址（Load Effective Address）指令 leal 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，但实际上它根本就没引用存储器。 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入数据，而是将有效地址写入到目的操作数（如寄存器）。

在图3.7 中用 C 的地址操作符 &S 来说明这种计算。这条指令可以用来为后面的存储器引用产生指针。另外，它还可以用来简洁地描述普通的算术操作。例如，如果寄存器 %edx 的值为 x，那么指令 leal 7(%edx, %edx, 4), %eax 将设置寄存器 %eax 的值为 5x+7。注意：目的操作数必须是一个寄存器。

3.5.2 一元和二元操作

第二类操作是一元操作，只有一个操作数，既作源，也作目的。这个操作数可以是一个寄存器，也可以是一个存储器位置。比如说，指令 incl (%esp) 会使栈顶元素加1。这种语法让人想起 C 中的加1运算符（++）和减1运算符（--）。

第三类操作是二元操作，第二个操作数既是源又是目的。这种语法让人联想到 C 中像 += 这样的赋值运算符。不过，要注意，源操作数是第一个，目的操作数是第二个，这是不可交换操作特有的。例如，指令 subl %eax, %edx 使寄存器 %edx 的值减去 %eax 中的值。第一个操作数可以是立即数、寄存器或是存储器位置。第二个操作数可以是寄存器或是存储器位置。不过，同 movl 指令一样，两个操作数不能同时都是存储器位置。

3.5.3 移位操作

最后一类是移位操作，先给出移位量，然后是待移位的值。可以进行算术和逻辑右移。移位量用单个字节编码，因为只允许进行 0 到 31位的移位。移位量可以是一个立即数，或者放在单字节寄存器元素 %cl 中。

如图3.7 所示，左移指令有两个名字：sall 和 shll。两者的效果都一样，都是将右边填上0。右移指令不同，sarl 执行算术移位（填上符号位），而 shrl 执行逻辑移位（填上0）。

3.5.4 讨论

除了右移操作，所有的指令都不区分有符号和无符号操作数。对列出的所有指令来说，二进制补码运算和无符号运算有同样的位级行为。

下图给出了一个执行算术操作的函数示例，以及它的汇编代码。和前面一样，省略了栈的建立和完成部分。函数参数 $x、y$ 和 $z$ 分别存放在存储器中相对于寄存器 %ebp 中地址偏移8、12 和 16 的地方。

• 指令3实现表达式 $x+y$，一个操作数 $y$ 来自寄存器 %eax（由指令 1 取出），而另一个直接来自存储器。
• 指令4和5执行计算 $z\ast 48$，首先使 leal 指令对伸缩化的变址寻址模式的操作数执行计算：$(z+2z)=3z$，然后将这个值左移 4 位，以计算 $2^4\ast 3z=48z$。C 编译器常常用加法和移位指令来完成常数因子的乘法。
• 指令6执行 AND 操作；
• 指令7执行最后的乘法。
• 指令8将返回值移到寄存器 %eax。

在上图3.8的汇编代码中，寄存器 %eax 中的值先后对应于程序值 $y$、$t1$、$t3$ 和 $t4$（作为返回值）。通常，编译器产生的代码中，会用一个寄存器存放多个程序值，还会在寄存器之间传送程序值。

3.5.5 特殊的算术操作

下图描述的是支持产生两个 32 位数字的全 64 位乘积以及整数除法的指令。

图3.7中列出的 imull 指令称为 “双操作数” 乘法指令。它从两个 32 位操作数产生一个 32 位乘积。当将乘积截取为32位时，无符号乘和二进制补码乘的位级是一样的。

IA32 还提供了两个不同的“单操作数”乘法指令，以计算两个 32 位值的全 64 位乘积——一个是无符号数乘法（mull），而另一个是二进制补码乘法（imull）。这两条指令都要求一个参数必须在寄存器 %eax 中，而另一个是作为指令的源操作数给出的。然后乘积存放在寄存器 %edx（高32位）和 %eax（低32位）中。注意，虽然 imull 这个名字可以用于两个不同的乘法操作，但是汇编器能够通过计算操作数的数目，分辨出是想用哪条指令。

举个例子，假设有符号数 $x$ 和 $y$ 存储在相对于 %ebp 偏移量为 8 和 12 的位置，希望将它们的全 64 位乘积作为 8 个字节存放在栈顶。代码如下：

注意将两个寄存器入栈的顺序，对小端法（little-endian）机器来说是对的，在这种机器中栈是向低地址方向增长的（也就是说，乘积的低位字节的地址比高位字节的地址小）。

前面的算术运算表（图3.7）没有列出除法或模（modulus）操作。单操作数除法类似于单操作数乘法。有符号除法指令 idivl 将寄存器 %edx（高32位）和 %eax （低32位）中的 64 位数作为被除数，除数是作为指令的操作数给出的。指令将商存储在寄存器 %eax 中，将余数存储在寄存器 %edx 中。cltd 指令可以用来根据寄存器 %eax 中存放的 32 位的值形成 64 位被除数，这条指令将 %eax 符号扩展到 %edx。

如下例子，假设有符号数 $x$ 和 $y$ 存储在相对于 %ebp 偏移量为 8 和 12 的位置，想要将 $x/y$ 和 $x\%y$ 存储到栈中。代码如下：

divl 指令执行无符号除法。通常会事先将寄存器 %edx 设置为 0。