Moving Data 汇编数据移动 (三) 数据交换指令
zenglong 2013-10-02 03:30:15
上一篇介绍了MOV和CMOV指令，这一篇介绍数据移动中的数据交换指令 Exchanging Data (数据交换) 如果想在程序中交换两个位置的数据元素，例如想将两个寄存器里的值进行交换，如果使用MOV指令的话，就必须使用一个额外的中间寄存器...
本文由zengl.com站长对
http://pan.baidu.com/share/link?shareid=3717576860&uk=940392313 汇编教程英文版相应章节进行翻译得来。
另外再附加一个英特尔英文手册的共享链接地址：
http://pan.baidu.com/share/link?shareid=2345340326&uk=940392313 (在某些例子中会用到)
本篇翻译对应汇编教程英文原著的第141页到第149页 (注意这里的页数不是页脚的页数，而是pdf电子档顶部，分页输入框中的页数，也就是包含了目录，前言部分的总页数，pdf电子档总页数是577，当前已翻译完的页数为149 / 577)。
上一篇介绍了MOV和CMOV指令，这一篇介绍数据移动中的数据交换指令。
Exchanging Data (数据交换)：
如果想在程序中交换两个位置的数据元素，例如想将两个寄存器里的值进行交换，如果使用MOV指令的话，就必须使用一个额外的中间寄存器，如下图所示：
图1
上图演示了使用中间寄存器来交换两个寄存器里的数据，使用MOV的指令代码如下：
代码中使用ECX作为中间寄存器来交换EAX和EBX里的值，如果使用数据交换指令的话，就不需要什么中间寄存器了，也不需要写这么多行代码，下面就具体的介绍数据交换指令。
The data exchange instructions (数据交换指令)：
下表描述了各种数据交换指令的作用：
下面详细的描述每种指令。
XCHG指令：
XCHG指令是数据交换指令中最简单的指令，它用于交换两个通用寄存器的值，或者交换一个寄存器和一个内存位置的值，下面是该指令的格式：
operand1和operand2两个操作数既可以是一个通用寄存器，也可以是一个内存位置(不过需要注意的是，不可以两个同时都是内存位置)。该指令可以用于处理8位，16位或者32位的寄存器，不过两个操作数必须是相同的尺寸大小，即要么都是8位，要么都是16位等。
当指令中有一个操作数是内存位置时，系统会自动产生一个LOCK信号，将该内存位置暂时锁住，以防止其他处理器在xchg指令进行数据交换时访问该内存位置。
注意：由于LOCK锁操作是非常耗时的，这会降低你的程序的执行性能，所以需要谨慎的使用XCHG进行内存数据交换。
BSWAP指令：
当你在不同的字节序的系统下进行开发时(前面提到过有big-endian即大字节序和little-endian即小字节序)，BSWAP就会是一个很强大的指令，该指令可以将寄存器里的字节顺序进行反转，以适应另一种字节序的环境。在BSWAP指令作用下，会将寄存器的0到7位字节和24到31位字节进行交换，同时将8到15位字节和16到23位字节进行交换。如下图所示：
图2
需要注意的是，BSWAP交换的是独立的字节，即第一个字节和第四个字节交换，第二个字节和第三个字节交换，单个字节里面的位还是保持不变，并没反转，通过字节顺序反转，就可以让值由big-endian(大字节序)变为little-endian(小字节序)，反之亦然。
下面是BSWAP的测试代码：
代码中将十六进制值0x12345678加载到EBX寄存器，然后通过BSWAP指令来反转该寄存器里的值，下面是调试器中的输出情况：
在执行BSWAP指令前，EBX寄存器里的值是0x12345678 ，执行完BSWAP指令后，EBX里的值就变为0x78563412 。
XADD指令：
XADD指令用于交换两个寄存器里的值，或者交换一个内存位置和一个寄存器里的值，然后将两操作数的值相加，并将相加的结果存储到目标操作数中(目标操作数可以是一个寄存器，也可以是一个内存位置)，XADD指令的格式如下：
source源操作数必须是一个寄存器，而destination目标操作数可以是寄存器，也可以是一个内存位置，destination目标操作数中将包含相加的结果，寄存器可以是8位，16位或32位的大小，另外，XADD指令是从80486处理器开始引入的。
CMPXCHG指令：
CMPXCHG指令将AL , AX 或者 EAX中的值与目标操作数进行比较，如果相等，则将源操作数的值加载到目标操作数，并将ZF标志位置1，如果不相等，则将目标操作数的值加载到AL , AX 或者 EAX寄存器，并将ZF标志位清0 ，CMPXCHG指令只能用于80486及以后的处理器上。
GNU汇编器中，CMPXCHG指令的格式如下：
指令格式中源和目标操作数的顺序是和Intel文档中的intel汇编语法相反的，destination目标操作数可以是一个8位 , 16位或32位的寄存器，也可以是一个内存位置，source源操作数则必须是一个寄存器，并且尺寸大小要和destination目标操作数相一致。
下面的cmpxchgtest.s是CMPXCHG指令的示例代码：
代码中CMPXCHG指令将EAX里的值和data标签所在内存位置的值进行比较，由于EAX里的值是10，同时data内存位置里的值也是10，两者相等，所以就将源操作数EBX里的值5加载到data内存位置处，下面是调试器中的输出情况：
从上面输出可以看到，在执行11行的CMPXCHG指令之前，data内存位置的值为10 ，在执行完CMPXCHG指令后，data内存位置处的值就变为了5，和EBX里的值一样了。你还可以将data标签处的值改为其他值，让data里的值和EAX中的不相等，然后调试程序，可以发现在不相等的情况下，data内存位置里的值就不会发生变化，而EAX寄存器的值则会变为data内存位置的值(因为CMPXCHG在EAX和data目标操作数不相等时，就会将data目标操作数的值加载到EAX中)。
CMPXCHG8B指令：
从名字就可以看出来，CMPXCHG8B指令和CMPXCHG指令类似，不过它处理的是8字节的数据，所以是8B结尾，表示8 Byte 。该指令不能在奔腾之前的处理器上使用，该指令的格式如下：
CMPXCHG8B只接受一个destination的目标操作数，destination引用的是一个内存位置，通过将该内存位置里的8字节值与EDX : EAX里的值进行比较(其中EDX对应8字节值的高32位，EAX对应低32位)。如果两个值相等，则将ECX : EBX里的8字节值(ECX里对应8字节值的高32位，EBX对应低32位)加载到destination目标操作数所在的内存位置，如果不相等，则将destination目标内存位置里的8字节值加载到EDX : EAX中。
下面的例子cmpxchg8btest.s演示了该指令的用法：
上面代码中，在data标签处定义了8个字节的数据，由于EAX里的值0x44332211和data的低4字节值相同，EDX里的值0x88776655和data的高4字节值相同，所以在执行完CMPXCHG8B指令后，ECX : EBX对应的8字节值会覆盖掉data内存位置里的值。
该程序在调试器中的输出情况如下：
从上面的输出可以看出来，在CMPXCHG8B指令执行前，data里的字节值是0x11 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 0x77 0x88 ，在执行完CMPXCHG8B指令后，data里的字节值就变为0x11 0x11 0x11 0x11 0x22 0x22 0x22 0x22 ，该值和ECX : EBX 里的值是一致的，ECX对应高4个字节，EBX对应低4个字节。
Using the data exchange instruction (使用数据交换指令)：
使用数据交换指令的经典例子就是排序程序，有很多种算法可以用于将数组里的数据进行排序，下面的例子使用冒泡法将一组整数进行从小到大的排序：
上面的汇编代码如果使用高级语言，则等效代码如下：
这里有两层循环，每次内层循环都会找出一个最大值，例如第一次内层循环会从10个数中找出最大的值，并将其放置到最后一个位置，第二次内层循环则从剩下的9个数中找出最大的值，并将其放置到倒数第二个位置，第三次内层循环则从剩下8个数中找出最大值，并放到倒数第三个位置，以此类推，直到把所有内层循环的最大值都找出来，这样数组就从小到大依次排列了。
汇编代码中的EBX寄存器相当于高级语言代码中内层循环的计数器in变量，ECX相当于高级代码外层循环的计数器out变量。汇编中loop标签到skip标签之间的代码相当于高级代码中的if结构和swap函数。
汇编代码中有些还没详细讲解过的指令，都会在后面的章节中进行介绍，这里只需了解XCHG之类的数据交换指令的用法即可。
该程序不会产生任何打印信息，所以需要在调试器中运行，下面是调试器里的输出情况：
在end结束位置设置断点，查看最终的输出结果，最开始values内存位置处的值为：105, 235, 61, 315, 134, 221, 53, 145, 117, 5 ，经过冒泡法排序后，值变为5 53 61 105 117 134 145 221 235 315 ，可以看到结果将数组从小到大进行了排序。
限于篇幅本章先到这里，下节介绍和栈操作相关的汇编指令。
OK，到这里，休息，休息一下 o(∩_∩)o~~
http://pan.baidu.com/share/link?shareid=3717576860&uk=940392313 汇编教程英文版相应章节进行翻译得来。
另外再附加一个英特尔英文手册的共享链接地址：
http://pan.baidu.com/share/link?shareid=2345340326&uk=940392313 (在某些例子中会用到)
本篇翻译对应汇编教程英文原著的第141页到第149页 (注意这里的页数不是页脚的页数，而是pdf电子档顶部，分页输入框中的页数，也就是包含了目录，前言部分的总页数，pdf电子档总页数是577，当前已翻译完的页数为149 / 577)。
上一篇介绍了MOV和CMOV指令，这一篇介绍数据移动中的数据交换指令。
Exchanging Data (数据交换)：
如果想在程序中交换两个位置的数据元素，例如想将两个寄存器里的值进行交换，如果使用MOV指令的话，就必须使用一个额外的中间寄存器，如下图所示：
图1
上图演示了使用中间寄存器来交换两个寄存器里的数据，使用MOV的指令代码如下：
|
movl %eax, %ecx movl %ebx, %eax movl %ecx, %ebx |
代码中使用ECX作为中间寄存器来交换EAX和EBX里的值，如果使用数据交换指令的话，就不需要什么中间寄存器了，也不需要写这么多行代码，下面就具体的介绍数据交换指令。
The data exchange instructions (数据交换指令)：
下表描述了各种数据交换指令的作用：
|
下面详细的描述每种指令。
XCHG指令：
XCHG指令是数据交换指令中最简单的指令，它用于交换两个通用寄存器的值，或者交换一个寄存器和一个内存位置的值，下面是该指令的格式：
| xchg operand1, operand2 |
operand1和operand2两个操作数既可以是一个通用寄存器，也可以是一个内存位置(不过需要注意的是，不可以两个同时都是内存位置)。该指令可以用于处理8位，16位或者32位的寄存器，不过两个操作数必须是相同的尺寸大小，即要么都是8位，要么都是16位等。
当指令中有一个操作数是内存位置时，系统会自动产生一个LOCK信号，将该内存位置暂时锁住，以防止其他处理器在xchg指令进行数据交换时访问该内存位置。
注意：由于LOCK锁操作是非常耗时的，这会降低你的程序的执行性能，所以需要谨慎的使用XCHG进行内存数据交换。
BSWAP指令：
当你在不同的字节序的系统下进行开发时(前面提到过有big-endian即大字节序和little-endian即小字节序)，BSWAP就会是一个很强大的指令，该指令可以将寄存器里的字节顺序进行反转，以适应另一种字节序的环境。在BSWAP指令作用下，会将寄存器的0到7位字节和24到31位字节进行交换，同时将8到15位字节和16到23位字节进行交换。如下图所示：
图2
需要注意的是，BSWAP交换的是独立的字节，即第一个字节和第四个字节交换，第二个字节和第三个字节交换，单个字节里面的位还是保持不变，并没反转，通过字节顺序反转，就可以让值由big-endian(大字节序)变为little-endian(小字节序)，反之亦然。
下面是BSWAP的测试代码：
|
# swaptest.s – An example of using the BSWAP instruction .section .text .globl _start _start: nop movl $0x12345678, %ebx bswap %ebx movl $1, %eax int $0x80 |
代码中将十六进制值0x12345678加载到EBX寄存器，然后通过BSWAP指令来反转该寄存器里的值，下面是调试器中的输出情况：
|
$ gdb -q swaptest (gdb) break *_start+1 Breakpoint 1 at 0x8048075: file swaptest.s, line 5. (gdb) run Starting program: /home/rich/palp/chap05/swaptest Breakpoint 1, _start () at swaptest.s:5 5 movl $0x12345678, %ebx Current language: auto; currently asm (gdb) step _start () at swaptest.s:6 6 bswap %ebx (gdb) print/x $ebx $1 = 0x12345678 (gdb) step _start () at swaptest.s:7 7 movl $1, %eax (gdb) print/x $ebx $2 = 0x78563412 (gdb) |
在执行BSWAP指令前，EBX寄存器里的值是0x12345678 ，执行完BSWAP指令后，EBX里的值就变为0x78563412 。
XADD指令：
XADD指令用于交换两个寄存器里的值，或者交换一个内存位置和一个寄存器里的值，然后将两操作数的值相加，并将相加的结果存储到目标操作数中(目标操作数可以是一个寄存器，也可以是一个内存位置)，XADD指令的格式如下：
| xadd source, destination |
source源操作数必须是一个寄存器，而destination目标操作数可以是寄存器，也可以是一个内存位置，destination目标操作数中将包含相加的结果，寄存器可以是8位，16位或32位的大小，另外，XADD指令是从80486处理器开始引入的。
CMPXCHG指令：
CMPXCHG指令将AL , AX 或者 EAX中的值与目标操作数进行比较，如果相等，则将源操作数的值加载到目标操作数，并将ZF标志位置1，如果不相等，则将目标操作数的值加载到AL , AX 或者 EAX寄存器，并将ZF标志位清0 ，CMPXCHG指令只能用于80486及以后的处理器上。
GNU汇编器中，CMPXCHG指令的格式如下：
| cmpxchg source, destination |
指令格式中源和目标操作数的顺序是和Intel文档中的intel汇编语法相反的，destination目标操作数可以是一个8位 , 16位或32位的寄存器，也可以是一个内存位置，source源操作数则必须是一个寄存器，并且尺寸大小要和destination目标操作数相一致。
下面的cmpxchgtest.s是CMPXCHG指令的示例代码：
|
# cmpxchgtest.s - An example of the cmpxchg instruction .section .data data: .int 10 .section .text .globl _start _start: nop movl $10, %eax movl $5, %ebx cmpxchg %ebx, data movl $1, %eax int $0x80 |
代码中CMPXCHG指令将EAX里的值和data标签所在内存位置的值进行比较，由于EAX里的值是10，同时data内存位置里的值也是10，两者相等，所以就将源操作数EBX里的值5加载到data内存位置处，下面是调试器中的输出情况：
|
(gdb) run Starting program: /home/rich/palp/chap05/cmpxchgtest Breakpoint 1, _start () at cmpxchgtest.s:9 9 movl $10, %eax Current language: auto; currently asm (gdb) step 10 movl $5, %ebx (gdb) step 11 cmpxchg %ebx, data (gdb) x/d &data 0x8049090 <data>: 10 (gdb) s 12 movl $1, %eax (gdb) print $eax $3 = 10 (gdb) print $ebx $4 = 5 (gdb) x/d &data 0x8049090 <data>: 5 (gdb) |
从上面输出可以看到，在执行11行的CMPXCHG指令之前，data内存位置的值为10 ，在执行完CMPXCHG指令后，data内存位置处的值就变为了5，和EBX里的值一样了。你还可以将data标签处的值改为其他值，让data里的值和EAX中的不相等，然后调试程序，可以发现在不相等的情况下，data内存位置里的值就不会发生变化，而EAX寄存器的值则会变为data内存位置的值(因为CMPXCHG在EAX和data目标操作数不相等时，就会将data目标操作数的值加载到EAX中)。
CMPXCHG8B指令：
从名字就可以看出来，CMPXCHG8B指令和CMPXCHG指令类似，不过它处理的是8字节的数据，所以是8B结尾，表示8 Byte 。该指令不能在奔腾之前的处理器上使用，该指令的格式如下：
| cmpxchg8b destination |
CMPXCHG8B只接受一个destination的目标操作数，destination引用的是一个内存位置，通过将该内存位置里的8字节值与EDX : EAX里的值进行比较(其中EDX对应8字节值的高32位，EAX对应低32位)。如果两个值相等，则将ECX : EBX里的8字节值(ECX里对应8字节值的高32位，EBX对应低32位)加载到destination目标操作数所在的内存位置，如果不相等，则将destination目标内存位置里的8字节值加载到EDX : EAX中。
下面的例子cmpxchg8btest.s演示了该指令的用法：
|
# cmpxchg8btest.s - An example of the cmpxchg8b instruction .section .data data: .byte 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88 .section .text .globl _start _start: nop movl $0x44332211, %eax movl $0x88776655, %edx movl $0x11111111, %ebx movl $0x22222222, %ecx cmpxchg8b data movl $0, %ebx movl $1, %eax int $0x80 |
上面代码中，在data标签处定义了8个字节的数据，由于EAX里的值0x44332211和data的低4字节值相同，EDX里的值0x88776655和data的高4字节值相同，所以在执行完CMPXCHG8B指令后，ECX : EBX对应的8字节值会覆盖掉data内存位置里的值。
该程序在调试器中的输出情况如下：
|
$ gdb -q cmpxchg8btest (gdb) break *_start+1 Breakpoint 1 at 0x8048075: file cmpxchg8btest.s, line 10. (gdb) run Starting program: /home/rich/palp/chap05/cmpxchg8btest Breakpoint 1, _start () at cmpxchg8btest.s:10 10 movl $0x44332211, %eax Current language: auto; currently asm (gdb) x/8b &data 0x804909c <data>: 0x11 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 0x77 0x88 (gdb) s 11 movl $0x88776655, %edx (gdb) s 12 movl $0x11111111, %ebx (gdb) s 13 movl $0x22222222, %ecx (gdb) s 14 cmpxchg8b data (gdb) s 15 movl $0, %ebx (gdb) x/8b &data 0x804909c <data>: 0x11 0x11 0x11 0x11 0x22 0x22 0x22 0x22 (gdb) |
从上面的输出可以看出来，在CMPXCHG8B指令执行前，data里的字节值是0x11 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 0x77 0x88 ，在执行完CMPXCHG8B指令后，data里的字节值就变为0x11 0x11 0x11 0x11 0x22 0x22 0x22 0x22 ，该值和ECX : EBX 里的值是一致的，ECX对应高4个字节，EBX对应低4个字节。
Using the data exchange instruction (使用数据交换指令)：
使用数据交换指令的经典例子就是排序程序，有很多种算法可以用于将数组里的数据进行排序，下面的例子使用冒泡法将一组整数进行从小到大的排序：
|
# bubble.s - An example of the XCHG instruction .section .data values: .int 105, 235, 61, 315, 134, 221, 53, 145, 117, 5 .section .text .globl _start _start: movl $values, %esi movl $9, %ecx movl $9, %ebx loop: movl (%esi), %eax cmp %eax, 4(%esi) jge skip xchg %eax, 4(%esi) movl %eax, (%esi) skip: add $4, %esi dec %ebx jnz loop dec %ecx jz end movl $values, %esi movl %ecx, %ebx jmp loop end: movl $1, %eax movl $0, %ebx int $0x80 |
上面的汇编代码如果使用高级语言，则等效代码如下：
|
for(out = array_size-1; out>0, out--) { for(in = 0; in < out; in++) { if (array[in] > array[in+1]) swap(array[in], array[in+1]); } } |
这里有两层循环，每次内层循环都会找出一个最大值，例如第一次内层循环会从10个数中找出最大的值，并将其放置到最后一个位置，第二次内层循环则从剩下的9个数中找出最大的值，并将其放置到倒数第二个位置，第三次内层循环则从剩下8个数中找出最大值，并放到倒数第三个位置，以此类推，直到把所有内层循环的最大值都找出来，这样数组就从小到大依次排列了。
汇编代码中的EBX寄存器相当于高级语言代码中内层循环的计数器in变量，ECX相当于高级代码外层循环的计数器out变量。汇编中loop标签到skip标签之间的代码相当于高级代码中的if结构和swap函数。
汇编代码中有些还没详细讲解过的指令，都会在后面的章节中进行介绍，这里只需了解XCHG之类的数据交换指令的用法即可。
该程序不会产生任何打印信息，所以需要在调试器中运行，下面是调试器里的输出情况：
|
$ as -gstabs -o bubble.o bubble.s $ ld -o bubble bubble.o $ gdb -q bubble (gdb) break *end Breakpoint 1 at 0x80480a5: file bubble.s, line 28. (gdb) x/10d &values 0x80490b4 <values>: 105 235 61 315 0x80490c4 <values+16>: 134 221 53 145 0x80490d4 <values+32>: 117 5 (gdb) run Starting program: /home/rich/palp/chap05/bubble Breakpoint 1, end () at bubble.s:28 28 movl $1, %eax Current language: auto; currently asm (gdb) x/10d &values 0x80490b4 <values>: 5 53 61 105 0x80490c4 <values+16>: 117 134 145 221 0x80490d4 <values+32>: 235 315 (gdb) |
在end结束位置设置断点，查看最终的输出结果，最开始values内存位置处的值为：105, 235, 61, 315, 134, 221, 53, 145, 117, 5 ，经过冒泡法排序后，值变为5 53 61 105 117 134 145 221 235 315 ，可以看到结果将数组从小到大进行了排序。
限于篇幅本章先到这里，下节介绍和栈操作相关的汇编指令。
OK，到这里，休息，休息一下 o(∩_∩)o~~