汇编基础介绍——ARMv8指令集（四）

一、CMP 指令

CMP 指令用来比较两个数的大小。在 A64 指令集的实现中，CMP 指令内部调用 SUBS 指令来实现。

1.1、使用立即数的 CMP 指令

使用立即数的 CMP 指令的格式如下。

CMP <Xn|SP>, #<imm>{, <shift>}

上述指令等同于如下指令。

SUBS XZR, <Xn|SP>, #<imm> {, <shift>}

1.2、使用寄存器的 CMP 指令

使用寄存器的 CMP 指令的格式如下。

CMP <Xn|SP>, <R><m>{, <extend> {#<amount>}}

上述指令等同于如下指令。

SUBS XZR, <Xn|SP>, <R><m>{, <extend> {#<amount>}}

1.3、使用移位操作的 CMP 指令

使用移位操作的 CMP 指令的格式如下。

CMP <Xn>, <Xm>{, <shift> #<amount>}

上述指令等同于如下指令。

SUBS XZR, <Xn>, <Xm> {, <shift> #<amount>}

1.4、CMP 指令与条件操作后缀

CMP 指令常常和跳转指令与条件操作后缀搭配使用，例如条件操作后缀 CS 表示是否发生了无符号数溢出，即 C 标志位是否置位，0 表示 C 标志位没有置位。

如下代码使用 CMP 指令来比较如下两个寄存器。

cmp x1， x2
b.cs label

CMP 指令判断两个寄存器是否触发无符号溢出的计算公式与 SUBS 指令类似：

X1 + NOT(X2) + 1 

如果上述过程中发生了无符号数溢出，那么 C 标志位会置 1，则 b.cs 指令将会跳转到 label 处。

下面的代码用来比较 3 和 2 两个立即数。

my_test:mov x1, #3mov x2, #21:cmp x1, x2b.cs 1bret

至于如何比较，需要根据 b 指令后面的条件操作后缀来定。CS 表示判断是否发生无符号数溢出。根据 CMP 指令的运算公式可得，3 + NOT(2) +1，其中 NOT(2)把立即数 2 按位取反，取反后为 0xFFFFFFFFFFFFFFFD。 3 + 0xFFFFFFFFFFFFFFFD + 1 的最终结果为 1，这个过程中发生了无符号数溢出，C 标志位为 1。所以，b.cs 的判断条件成立，跳转到标签 1 处，继续执行。

二、移位指令

常见的移位指令如下。

• LSL：逻辑左移指令，最高位会被丢弃，最低位补 0，如下（a）图所示。
• LSR：逻辑右移指令，最高位补 0，最低位会被丢弃，如下（b）图所示。
• ASR：算术右移指令，最低位会被丢弃，最高位会按照符号进行扩展，如下（c）图所示。
• ROR：循环右移指令，最低位会移动到最高位，如下（d）图所示。

如下代码使用了 ASR 和 LSR 指令。

ldr w1, =0x8000008a
asr w2, w1, 1
lsr w3, w1, 1

在上述代码中，ASR 是算术右移指令，把 0x8000008A 右移一位并且对最高位进行有符号扩展，最后结果为 0xC0000045。LSR 是逻辑右移指令，把 0x8000008A 右移一位并且在最高位补 0，最后结果为 0x40000045。

三、位操作指令

3.1、与操作指令

与操作主要有两条指令。

• AND：按位与操作。
• ANDS：带条件标志位的与操作，影响 Z 标志位。

3.1.1、AND 指令

AND 指令的格式如下。

AND <Xd|SP>, <Xn>, #<imm>
AND <Xd>, <Xn>, <Xm>{, <shift> #<amount>}

AND 指令支持两种方式。

• 立即数方式：对 Xn 寄存器的值和立即数 imm 进行与操作，把结果写入 Xd/SP 寄存器中。
• 寄存器方式：先对 Xm 寄存器的值移位操作，然后再与 Xn 寄存器的值进行与操作，把结果写入 Xd/SP 寄存器中。

指令参数说明如下：

shift 表示移位操作，支持 LSL、LSR、ASR 以及 ROR。

amount 表示移位数量，取值范围为 0～63。

3.1.2、ANDS指令

ANDS 指令的格式如下。

ANDS <Xd>, <Xn>, #<imm>
ANDS <Xd>, <Xn>, <Xm>{, <shift> #<amount>}

ANDS 指令支持两种方式。

• 立即数方式：对 Xn 寄存器的值和立即数 imm 进行与操作，把结果写入 Xd/SP 寄存器中。
• 寄存器方式：先对 Xm 寄存器的值做移位操作，然后再与 Xn 寄存器的值进行与操作，把结果写入 Xd/SP 寄存器中。

指令参数说明如下。

shift 表示移位操作，支持 LSL、LSR、ASR 以及 ROR。

amount 表示移位数量，取值范围为 0～63。

与 AND 指令不一样的地方是它会根据计算结果来影响 PSTATE 寄存器的 N、 Z、 C、 V 标志位。

如下代码使用 ANDS 指令来对 0x3 和 0 做“与”操作。

mov x1, #0x3
mov x2, #0ands x3, x1, x2
mrs x0, nzcv

“与”操作的结果为 0。通过读取 NZCV 寄存器，我们可以看到其中的 Z 标志位置位了。

3.2、或操作指令

3.2.1、ORR指令

ORR（或）操作指令的格式如下。

ORR <Xd|SP>, <Xn>, #<imm>
ORR <Xd>, <Xn>, <Xm>{, <shift> #<amount>}

ORR 指令支持两种方式。

• 立即数方式：对 寄存器的值与立即数 Xn imm 进行或操作。
• 寄存器方式：先对 Xm 寄存器的值做移位操作，然后再与 Xn 寄存器的值进行或操作。

指令参数说明如下。

shift 表示移位操作，支持 LSL 、LSR 、ASR 以及 ROR。

amount 表示移位数量，取值范围为 0～63。

3.2.2、EOR指令

EOR （异或）操作指令的格式如下。

EOR <Xd|SP>, <Xn>, #<imm>
EOR <Xd>, <Xn>, <Xm>{, <shift> #<amount>}

EOR 指令支持两种方式。

• 立即数方式：对 Xn 寄存器的值与立即数 imm 进行异或操作。
• 寄存器方式：先对 Xm 寄存器的值做移位操作，然后再与 Xn 寄存器的值进行异或操作。

指令参数说明如下。

shift 表示移位操作，支持 LSL 、LSR 、ASR 以及 ROR。

amount 表示移位数量，取值范围为 0～63。

异或操作的真值表如下。

0 ^ 0 = 0
0 ^ 1 = 1
1 ^ 0 = 1
1 ^ 1 = 0

从上述真值表可以发现 3 个特点。

• 0 异或任何数 = 任何数。
• 1 异或任何数 = 任何数取反。
• 任何数异或自己都等于 。

利用上述特点，异或操作有如下几个非常常用的场景。

使某些特定的位翻转。

例如， 想把 0b10100001 的第 2 位和第 3 位翻转， 则可以对该数与 0b00000110 进行按位异或运算。

10100001 ^ 00000110 = 10100111

交换两个数。

例如，交换两个整数 a=0b10100001 和 b=0b00000110 的值可通过下列语句实现。

a = a^b； //a=10100111
b = b^a； //b=10100001
a = a^b； //a=00000110

在汇编程序里把变量设置为 。

eor x0, x0

判断两个整数是否相等。

bool is_identical(int a, int b)
{return ((a ^ b) == 0);
}

3.3、位清除操作指令

BIC （位清除操作）指令指令用于将寄存器中的某些位清零，而保持其他位不变。其核心作用是选择性地清除（置 0）特定位置的位，常用于权限屏蔽、标志位清除等场景。其格式如下。

BIC <Xd>, <Xn>, <Xm>{, <shift> #<amount>}

BIC 指令支持寄存器方式： 先对 Xm 寄存器的值做移位操作， 然后再与 Xn 寄存器的值进行位清除操作。

指令参数说明如下。

shift 表示移位操作，支持 LSL 、LSR 、ASR 以及 ROR。

amount 表示移位数量，取值范围为 0～63。

BIC 指令的本质是：

Xd = Xn & (~Xm)

• 将掩码 Xm 按位取反。
• 将源寄存器（Xn）与取反后的掩码进行按位与操作。

掩码中为 1 的位会清除对应位，为 0 的位保持不变。

3.4、CLZ 指令

CLZ 指令的格式如下。

CLZ <Xd>, <Xn>

CLZ 指令计算为 1 的最高位前面有几个为 0 的位。

如下代码使用了 CLZ 指令。

ldr x1, =0x1100000034578000
clz x0, x1

X1 寄存器里为 1 的最高位是第 60 位，前面还有 3 个为 0 的位，最终 X0 寄存器的值为 3。

四、位段操作指令

4.1、位段插入操作指令

BFI 指令的格式如下。

BFI <Xd>, <Xn>, #<lsb>, #<width>

BFI 指令的作用是用 Xn 寄存器中的 Bit[0, width - 1]替换 Xd 寄存器中的 Bit[lsb, lsb + width - 1]， 寄存器中的其他位不变。

BFI 指令常用于设置寄存器的字段。

如下代码将寄存器 X1 的低 4 位插入到寄存器 X0 的第 8~11 位（共 4 位）。

BFI X0, X1, #8, #4  ; 将X1的低4位插入到X0的第8~11位

步骤解析：

• 假设初始值：

• • X0 = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF（全 1）。
  • X1 = 0x000000000000000F（低 4 位为 1，其余为 0）。

• 提取源位段：

• • X1 的低 4 位为 0b1111。

• 清除目标位段：

• • X0 的第 8~11 位被清零，变为 0xFFFFFFF0FFFFFF。

• 插入位段：

• • 源位段 0b1111 左移 8 位后为 0x0000000000000F00。
  • 合并后 X0 = 0xFFFFFFF0FFFFFF | 0x0000000000000F00 = 0xFFFFFFF0FFFFFFFF。

4.2、位段提取操作指令

UBFX 指令的格式如下。

UBFX <Xd>, <Xn>, #<lsb>, #<width>

 

UBFX 指令的作用是提取 Xn 寄存器的 Bit[lsb, lsb + width - 1]，然后存储到 Xd 寄存器中。

UBFX 还有一个变种指令 SBFX，它们之间的区别在于：SBFX 会进行符号扩展，例如，如果 Bit[lsb + width - 1] 为 1，那么写到 Xd 寄存器之后，所有的高位都必须写 1，以实现符号扩展。

UBFX 和 SBFX 指令常常用于读取寄存器的某些字段。

如下代码从寄存器 X1 的第 8~15 位（共 8 位）提取值，并零扩展到 X0。

UBFX X0, X1, #8, #8  ; 提取X1的第8~15位，存入X0

步骤解析：

• 假设初始值：

• • X1 = 0x0000000000FF00FF（二进制 0b0000...0000111111110000000011111111）。

• 提取位段：

• • 第 8~15 位为 0b00000000（值为 0）。

• 零扩展：

• • 提取的 8 位右移至最低位，左侧补零，结果为 0x0000000000000000。

• 存入目标寄存器：

• • X0 = 0x0000000000000000。