5.2 汇编语言：标志位测试指令

2023-08-22 13:33:06 浏览数 (2)

汇编语言是一种面向机器的低级语言，用于编写计算机程序。汇编语言与计算机机器语言非常接近，汇编语言程序可以使用符号、助记符等来代替机器语言的二进制码，但最终会被汇编器编译成计算机可执行的机器码。

标志位测试指令是汇编语言中用于测试处理器标志位状态的指令。标志位是位于处理器状态寄存器中的一组特殊标志，用于指示上一个运算的结果是否为零、是否进位/借位、是否溢出等等。可以使用标志位测试指令来检查标志位的状态，并在需要时根据标志位状态进行操作。

常见的标志位测试指令包括：

  • test 指令：测试指定寄存器中的值与另一个值（常数或寄存器）的按位与操作结果，而不改变寄存器的值。如果结果为零，将设置零标志位ZF。
  • cmp 指令：比较两个操作数并确定它们是否相等；如果两个操作数相等，则设置ZF标志位。使用此指令时，通常将第一个操作数减去第二个操作数，并且不需要保存差值。
  • and 指令：对两个操作数进行逐位与操作，并将结果写入目标操作数。如果结果为零，将设置ZF标志位。
  • or 指令：对两个操作数进行逐位或操作，并将结果写入目标操作数。如果结果为零，将清除ZF标志位。
  • xor 指令：对两个操作数进行逐位异或操作，并将结果写入目标操作数。如果结果为零，将设置ZF标志位。

2.1 PSR

标志寄存器又称程序状态寄存器（Program Status Register，PSR），是CPU中存放处理器标志位的寄存器。它记录了上一个操作的结果，这些结果可以用于下一条指令的条件转移或其他操作。标志寄存器通常包含一些二进制位（标志位），每个标志位用于表示不同的条件或状态。不同的架构和体系结构会有不同的标志位设置。

常见的标志位包括：

  • 零标志位（Zero Flag，ZF）：当上一个操作的结果为零时，将设置该标志位。
  • 进位标志位（Carry Flag，CF）：当上一个操作的结果产生了进位或借位时，将设置该标志位。
  • 溢出标志位（Overflow Flag，OF）：当上一个操作的结果产生了溢出时，将设置该标志位。
  • 符号标志位（Sign Flag，SF）：当上一个操作的结果为负数时（最高位为1），将设置该标志位。
  • 奇偶校验标志位（Parity Flag，PF）：当上一个操作的结果具有偶数个二进制位为1时，将设置该标志位。

这些标志位通常用于指令的条件分支操作，例如 jz（零标志位为真时跳转）、jnz（零标志位为假时跳转）等。直接操作这些标志位可能会对系统的运行产生影响，因此在编程时应该使用相应的指令来读写标志寄存器状态。

代码语言：text复制
  .386p
  .model flat,stdcall
  option casemap:none

include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib

.code
  main PROC
  ; CF 进位标志位: 当执行一个加法(或减法)运算,使最高位产生进位(或借位)时,CF为1;否则为0
    mov ax,0ffffh
    add ax,1    ; cf = 1 af = 1

  ; PF 奇偶标志位: 当运算结果中,所有bit位(例:1001010)中1的个数为偶数时,则PF=1;为基数PF=0
    mov eax,00000000b
    add eax,00000111b  ; pf = 0
    
    mov eax,00000000b
    add eax,00000011b  ; pf = 1

  ; ZF 零标志位: 若当前的运算结果为零,则ZF=1; 否则ZF=0
    mov eax,2
    sub eax,2   ; zf = 1 cf = 0 af = 0
  
  ; SF 符号标志位: 若运算结果为负数,则SF=1;若为非负数则SF=0
    mov eax,3e8h
    sub eax,3e9h  ; sf = 1 cf = 1 af = 1 zf = 0
  
  ; DF 方向标志位: 当DF=0时为正向传送数据(cld),否则为逆向传送数据(std)
    cld
    mov eax,1      ; df = 0
    std
    mov eax,1      ; df = 1

  ; OF 溢出标志位: 记录是否产生了溢出,当补码运算有溢出时OF=1;否则OF=0
    mov al,64h
    add al,64h     ; of = 1 cf = 0 pf = 0 af = 0
  
    invoke ExitProcess,0
  main ENDP
END main

2.2 TEST

TEST 指令是一种逻辑操作指令，用于执行两个操作数的逐位AND运算，不改变目标操作数的值，只设置相应的标志位，常用于测试某些位是否被设置。

该指令的语法为：

代码语言：text复制
TEST dest, src

其中，dest是目标操作数，src是源操作数，两个操作数可以是寄存器或内存地址。

执行TEST指令时，CPU将目标操作数和源操作数直接逐位AND运算，结果并不保存到任何位置。但同时，CPU会设置目标操作数的条件码标志位，以反映运算的结果。具体地，CPU会根据运算结果将零标志位（ZF）和进位标志位（CF）设置或清空，符号标志位（SF）和溢出标志位（OF）未定义。

TEST 指令通常用于测试某些位是否被设置，可以通过与一个掩码进行TEST和来测试某一位（或一组位）是否被置位。例如，要测试寄存器eax 是否为偶数，可以使用以下代码：

代码语言：c复制
test eax, 1
jz even_number

在这个代码中，使用TEST指令将eax和常数1逐位AND运算，并将结果保存到条件码标志位中。如果eax的最低位为0，则ZF处于设置状态，执行jz指令跳转到even_number标号处，否则继续执行后续指令。

TEST指令可以同时检测设置多个标志位的值，该指令执行时总是清除溢出标志和进位标志，它修改符号标志，基偶标志，零标志的方式与AND指令相同。

代码语言：text复制
  .386p
  .model flat,stdcall
  option casemap:none

include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib

.code
  main PROC
    mov al,00001111b
    test al,2            ; zf=0 pf=0

    mov al,00100101b
    test al,00001001b    ; zf=0 pf=0
    
    mov al,00100100b
    test al,00001001b    ; zf=1 pf=1
    
    mov eax,0100h
    test eax,eax         ; zf=0
    
    mov eax,0
    test eax,eax         ; zf=0
    
    or al,80h            ; 设置符号标志 zf=0 pf=0 sf=1
    and al,7fh           ; 清除符号标志 zf=1 pf=1 sf=0
    
    mov al,0
    or al,1              ; 清除符号标志 zf=0 pf=0

    stc                  ; 设置进位标志 cf = 1
    clc                  ; 清除进位标志 cf = 0
    
    mov al,07fh          ; AL =  127
    inc al               ; 设置溢出标志 AL = 80h (-128) of=1 af=1 sf=1
    or eax,0             ; 清除溢出标志

    invoke ExitProcess,0
  main ENDP
END main

2.3 CMP

CMP 指令是一种比较指令，通常用于比较两个操作数的大小关系，并根据比较结果设置相应的条件码标志位。

该指令的语法与SUB指令相同，但是CMP指令不会改变目标操作数的值，只对源操作数和目标操作数进行逐位减法运算，并根据运算结果设置标志位。具体地，CMP指令执行DEST - SRC的减法运算，但不保存结果，只把运算结果的条件码标志位设置为反映运算结果的值。

根据CMP指令所设置的标志位，可以通过条件跳转指令来实现跳转。例如，要判断eax是否为0并跳转到标号END，可以使用以下代码：

代码语言：text复制
cmp eax, 0
je END

在这个代码中，CMP指令将eax和0相减，不保存结果，而是设置相应的条件码标志位。如果eax等于0，则ZF处于设置状态，条件跳转指令je跳转到END标号处。如果eax不等于0，则ZF处于未设置状态，不会执行跳转指令，而是继续执行后续指令。

如下代码片段则是CMD指令的更多使用方法，读者可自行编写代码进行测试，根据注释信息相信很容易理解。

代码语言：text复制
  .386p
  .model flat,stdcall
  option casemap:none

include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib

.code
  main PROC
    ; 比较5和10
    mov ax,5
    cmp ax,10      ; 5-10 > zf=0 cf=1 pf=0 af=1 sf=1
    
    ; 比较两个相同数
    mov ax,1000
    mov cx,1000
    cmp cx,ax      ; 1000-1000 > zf=1 cf=0 pf=1 sf=0
    
    ; 比较100和0
    mov ax,100
    cmp ax,0       ; 100-0 > zf=0 cf=0 pf=0
    
    ; 比较100和50
    mov eax,100
    mov ebx,50
    cmp eax,ebx    ; 100-50 > zf=0 cf=0 pf=0
    
    ; 比较-100和50
    mov eax,-100
    mov ebx,50
    cmp eax,ebx    ; -100-50 > sf=1 pf=1
    
    ; 比较-100和-50
    mov eax,-100
    mov ebx,-50
    cmp eax,ebx    ; -100--50 > cf=1 af=1 pf=0
  
    invoke ExitProcess,0
  main ENDP
END main

2.4 JX/JNX/JSX/JPX

汇编语言中的跳转指令可以根据条件码标志位来判断条件是否成立，并根据判断结果来跳转到指定的地址。以下是基于特定 CPU 标志寄存器来实现跳转的常见指令及其含义：

  • JZ / JE：当零标志位 (ZF) 为 1 时跳转，即前一个操作执行结果为零。
  • JNZ / JNE：当零标志位 (ZF) 为 0 时跳转，即前一个操作执行结果不为零。
  • JC / JB / JNAE：当进位标志位 (CF) 为 1 时跳转，即前一个操作执行结果产生了进位或借位。
  • JNC / JNB / JAE：当进位标志位 (CF) 为 0 时跳转，即前一个操作执行结果没有产生进位或借位。
  • JO：当溢出标志位 (OF) 为 1 时跳转，即前一个操作执行结果产生了溢出。
  • JNO：当溢出标志位 (OF) 为 0 时跳转，即前一个操作执行结果没有产生溢出。
  • JS：当符号标志位 (SF) 为 1 时跳转，即前一个操作执行结果为负数。
  • JNS：当符号标志位 (SF) 为 0 时跳转，即前一个操作执行结果为非负数。
  • JP / JPE：当奇偶校验标志位 (PF) 为 1 时跳转，即前一个操作执行结果具有偶数个二进制位为 1。
  • JNP / JPO：当奇偶校验标志位 (PF) 为 0 时跳转，即前一个操作执行结果不具有偶数个二进制位为 1。

以上这些跳转指令中，条件判断所依赖的条件码标志位是由前一条指令执行结果所决定的，因此在使用跳转指令时需要注意前一条指令的结果是否符合预期。同时，在跨过一些较大距离的内存位置时，还需要确保指令地址是否能够被正确地计算和访问。

代码语言：text复制
  .386p
  .model flat,stdcall
  option casemap:none

include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib

.code
  main PROC
    ; JZ/JE 当ZF置1时 也就是结果为零则跳转 (leftOp - rightOp = 0)
    mov eax,1
    sub eax,1     ; zf=1 pf=1
    je jump
    
    mov eax,1
    mov ebx,1
    cmp eax,ebx   ; zf=1
    jz jump
    
    ; JNZ/JNE 当ZF置0时 也就是结果不为零则跳转 (leftOp - rightOp != 0)
    mov eax,2
    sub eax,1
    jnz jump      ; zf=0 pf=0
    
    mov eax,2
    cmp eax,1
    jne jump      ; zf=0
    
    ; JC/JNC 当 CF=1/0 设置进位标志则跳/未设置进位标志则跳
    mov al,0
    cmp al,1
    jc jump
    jnc jump
    
    ; JO/JNO 当 OF=1/0 设置溢出标志则跳/未设置溢出标志则跳
    mov al,0ffh
    add al,1
    jo jump
    
    ; JS/JNS 当 SF=1/0 设置符号标志则跳/未设置符号标志则跳
    mov eax,1
    cmp eax,1
    js jump       ; cf=0 af=0
    
    ; JP/JNP PF=1/0 设置奇偶标志则跳(偶)/未设置奇偶标志则跳(基)
    mov al,00100100b
    cmp al,0
    jp jump        ; zp=0
  jump:
    xor eax,eax
    xor ebx,ebx
    
    invoke ExitProcess,0
  main ENDP
END main

跳转指令与比较指令可以很好的结合起来，通过使用cmp eax,ebx比较等式两边的值，影响相应的标志寄存器中的值，从而决定是否要跳转，常用的如下:

代码语言：text复制
  .386p
  .model flat,stdcall
  option casemap:none

include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib

.code
  main PROC
    ; JA(无符号)/JG(有符号) 跳转标志: (left > right) 大于则跳转
    mov eax,100
    mov ebx,200
    cmp ebx,eax    ; 无符号 ebx > eax
    ja jump        ; zf=0 pf=0
    
    mov eax,20
    mov ebx,-100
    cmp eax,ebx    ; 有符号 eax > ebx
    jg jump        ; zf=0 cf=1 pf=1 af=1
    
    ; JAE(无符号)/JGE(有符号) 跳转标志: (left >= right) 大于或等于则跳转
    mov eax,50
    mov ebx,20
    cmp eax,ebx    ; 无符号 eax >= ebx
    jae jump       ; jae 被替换成了jnb 小于则跳 (eax<ebx)
    
    mov eax,50
    mov ebx,-20
    cmp eax,ebx    ; 有符号 eax >= ebx
    jge jump       ; zf=0 af=1 pf=0 sf
    
    ; JB(无符号)/JL(有符号) 跳转标志:(left < right) 小于则跳转
    mov eax,10
    mov ebx,20
    cmp eax,ebx     ; 无符号 eax < ebx
    jb jump         ; cf=0 af=0 pf=1
    
    mov eax,-10
    mov ebx,20
    cmp eax,ebx     ; 有符号 eax < ebx
    jl jump
    
    ; JBE(无符号)/JLE(有符号) 跳转标志:(left <= right) 小于或等于则跳转
    mov eax,20
    mov ebx,20
    cmp eax,ebx    ; 无符号 eax <= ebx
    jbe jump       ; zf=1
    
    mov eax,-20
    mov ebx,10
    cmp eax,ebx    ; 无符号 eax,ebx
    jle jump       ; sf=1

    ; JNB(不小于则跳 同JAE)/JNA(不大于则跳 同JBE) 跳转标志:(lef !>< right) 无符号
    mov eax,10
    mov ebx,5
    cmp eax,ebx    ; eax !< ebx
    jnb jump       ; zf=0 cf=0
    
    mov eax,5
    mov ebx,10
    cmp eax,ebx    ; eax !> ebx
    jbe jump       ; cf=1 af=1 zf=0
    
    ; JNL(不小于则跳 同JGE)/JNG(不大于则跳 同JLE) 跳转标志:(lef !>< right) 有符号
    mov eax,10
    mov ebx,-5
    cmp eax,ebx    ; eax !< ebx
    jnl jump       ; sf=0 cf=1 pf=1 af=1 zf=0
    
    mov eax,-10
    mov ebx,5
    cmp eax,ebx    ; eax !> ebx
    jng jump       ; sf=1

  jump:
    xor eax,eax
    xor ebx,ebx
    
    invoke ExitProcess,0
  main ENDP
END main

2.5 BT/BTR/BSF/BSR

BT 系列指令主要用于对特定寄存器中的位进行测试、清除、设置或求反等操作，这些操作通常会影响条件码寄存器CF的值。这些指令的具体操作如下：

  • BT 指令：测试特定寄存器中的位是否为 1，将测试结果存储在条件码寄存器CF的最低位中，即CF的值等于被测试位的值。
  • BTC 指令：将特定寄存器中的位取反，被取反的位由CF最低位指示，即如果CF为1，则对应位取反；否则不变。
  • BTR 指令：将特定寄存器中的位清零，被清零的位由CF最低位指示，即如果CF为1，则对应位清零；否则不变。
  • BTS 指令：将特定寄存器中的位设置为 1，被设置的位由CF最低位指示，即如果CF为 1，则对应位设置为 1；否则不变。

相比之下，BSF和BSR指令则是对特定数据中的位进行正反向扫描操作，进而得到位中第一个1和最后一个1的位置，这些操作通常会影响条件码寄存器ZF的值。这两个指令的具体操作如下：

  • BSF 指令：从寄存器或内存中获取一个WORD或DWORD数据，从低位到高位扫描，找到第一个值为1的位，将该位的偏移量存储在目标寄存器中，并将条件码寄存器ZF设置为相应的值，如果未找到值为1的位，则目标寄存器的值未定义，且ZF被清零。
  • BSR 指令：从寄存器或内存中获取一个WORD或DWORD数据，从高位到低位扫描，找到最后一个值为1的位，将该位的偏移量存储在目标寄存器中，并将条件码寄存器ZF设置为相应的值，如果未找到值为1的位，则目标寄存器的值未定义，且ZF被清零。

如下代码片段则是指令的更多使用方法，读者可自行编写代码进行测试，根据注释信息相信很容易理解。

代码语言：text复制
  .386p
  .model flat,stdcall
  option casemap:none

include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib

.code
  main PROC
    ; bt 普通的位测试命令
    xor edx,edx
    mov dx,10000001b
    bt dx,7              ; 把DX第7位送入CF = 1
    bt dx,6              ; 把DX第六位送入CF = 0
    
    ; bts 位测试并置位
    mov dx,10000001b
    bts dx,6             ; cf = 0
    bts dx,7             ; cf = 1
    
    ; btr 位测试并复位.在执行BT同时,把操作数的指定位置为0
    mov dx,10000001b
    btr dx,7
    btr dx,6             ; cf = 0
    
    ;btc 位测试并取反.在执行BT同时,把操作数的指定位取反
    mov dx,10000001b
    btc dx,0             ; cf = 1
    btc dx,0             ; cf = 0
    
    ; BSF 执行位扫描 由低->高位 | BSR 由高 -> 到低
    xor edx,edx
    mov dx, 0000111100001100b
    bsf cx,dx            ; 正向扫描,将扫描到1的位置放入CX
    bsr cx,dx            ; 反向扫描 zf=0 pf=0
    
    xor ecx,ecx
    mov cx,0
    mov dx,0
    bsf cx,dx
    lahf

    invoke ExitProcess,0
  main ENDP
END main

本文作者： 王瑞

本文链接： https://www.lyshark.com/post/3125ea93.html

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