《汇编语言：基于X86处理器》第7章 整数运算（3）

本章将介绍汇编语言最大的优势之一:基本的二进制移位和循环移位技术。实际上，位操作是计算机图形学、数据加密和硬件控制的固有部分。实现位操作的指令是功能强大的工具，但是高级语言只能实现其中的一部分，并且由于高级语言要求与平台无关，所以这些指令在一定程度上被弱化了。本章将展示一些对移位操作的应用，包括乘除法的优化。

并非所有的高级编程语言都支持任意长度整数的运算。但是汇编语言指令使得它能够加减几乎任何长度的整数。本章还将介绍执行压缩十进制整数和整数字符串运算的专用指令。

7.5 ASCI和非压缩十进制运算

(7.5节讨论的指令只能用于32位模式编程。)到目前为止，本书讨论的整数运算处理的都是二进制数。虽然CPU用二进制运算，但是也可以执行ASCI十进制串的运算。使用后者进行运算，对用户而言既便于输入也便于在控制台窗口显示，因为不用进行二进制转换假设程序需要用户输人两个数，并将它们相加。若用户输人3402和1256，则程序输出如下所示:

输入第一个数:3402

输入第二个数:1256

和 数: 4658

有两种方法可以计算并显示和数:

1)将两个操作数都转换为二进制，进行二进制加法，再将和数从二进制转换为ASCII数字串。

2)直接进行数字串的加法，按序相加每对ASCI数字(2+6、0+5、4+2、3+1)。和数为ASCII数字串，因此可以直接显示在屏幕上。

第二种方法需要在执行每对ASCI数字相加后，用特殊指令来调整和数。有四类指令用于处理 ASCII加法、减法、乘法和除法，如下所示:

AAA	(执行加法后进行 ASCI 调整)	AAM	(执行乘法后进行 ASCI 调整)
AAS	(执行减法后进行 ASCII 调整)	AAD	(执行除法前进行 ASCII 调整)

ASCII 十进制数和非压缩十进制数 非压缩十进制整数的高4位总是为零，而ASCII十进制数的高4位则应该等于0011b。在任何情况下，这两种类型的每个数字都占用一个字节。下面的例子展示了3402用这两种类型存放的格式:

尽管ASCI运算执行速度比二进制运算要慢很多，但是它有两个明显的优点:

●不必在执行运算之前转换串格式。

●使用假设的十进制小数点，使得实数操作不会出现浮点运算的舍入误差的危险。

ASCII 加减法运行操作数为ASCI格式或非压缩十进制格式，但是乘除法只能使用非压缩十进制数。

7.5.1 AAA 指令

在 32位模式下，AAA(加法后的ASCI调整)指令调整ADD或ADC指令的二进制运算结果。设两个ASCI数字相加，其二进制结果存放在AL中，则AAA将AL转换为两个非压缩十进制数字存人AH和AL。一旦成为非压缩格式，通过将AH和AL与30h进OR运算，很容易就能把它们转换为 ASCII码。

下例展示了如何用AAA指令正确地实现ASCI数字8加2。在执行加法之前，必须把AH清零，否则它将影响AAA执行的结果。最后一条指令将AH和AL转换为ASCI数字:

mov ah, 0
mov al, '8'							;AX = 0038h
add al, '2'							;AX = 006Ah
aaa									;AX = 0100h(结果进行ASCII调整)
or ax, 3030h						;AX = 3130h ='10'(转换为ASCII码)

使用 AAA 实现多字节加法

现在来查看一个过程，其功能为实现包含了隐含小数点的ASCII十进制数值相加。由于每次数字相加的进位标志位都要传递到更高位，因此，过程的实现要比想象的更复杂一些。下面的伪代码中，acc代表的是一个8位的累加寄存器:

esi (index)=length of first number - 1
edi (index)=length of first number
ecx =lengthoffirst number
set carry value to 0
Loopacc = first number[esi]add previous carry to accsave carry in carrylacc += second_number[esi]OR the carry with carry1sum[edi] = accdec edi
Until ecx == 0
Store last carry digit in sum

进位值必须总是被转换为ASCI码。将进位值与第一个操作数相加时，就需要用AAA来调整结果。程序清单如下:

;ASCII_add.asm   ASCII加法
;对有隐含固定小数点的串执行ASCII运算。INCLUDE Irvine32.incDECIMAL_OFFSET = 5								;距离串右侧的偏移量
.data
decimal_one BYTE '100123456789765'		        ;1001234567.89765
decimal_two BYTE '900402076502015'		        ;9004020765.02015
sum BYTE (SIZEOF decimal_one + 1) DUP(0), 0.code
main PROC;从最后一个数字位开始mov esi, SIZEOF decimal_one - 1mov edi, SIZEOF decimal_onemov ecx, SIZEOF decimal_onemov bh, 0										;进位值清零
L1:	mov ah, 0											;执行加法前清除AHmov al, decimal_one[esi]						;取第一个数字add al, bh										;加上之前的进位值aaa												;调整和数AH=进位值mov bh, ah										;将进位保存到carry1or bh, 30h										;将其转换为ASCII码add al, decimal_two[esi]						;加第二个数字aaa												;调整和数AH=进位值or bh, ah										;进位值与 carry1进行 OR运算or bh, 30h										;将其转换为ASCII 码or al, 30h										;将AL转换为ASCII码mov sum[edi], al								;将AL保存到sumdec esi											;后退一个数字dec edi												loop L1mov sum[edi], bh								;保存最后的进位值;显示和数字符串。mov edx, OFFSET sumcall WriteStringcall CrlfINVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

程序输出如下所示，和数没有显示十进制小数点:

7.5.2 AAS 指令

32位模式下，AAS(减法后的ASCII调整)指令紧随SUB或SBB指令之后，这两条指令执行两个非压缩十进制数的减法，并将结果保存到AL中。AAS指令将AL转换为ASCII码的数字形式。只有减法结果为负时，调整才是必需的。比如，下面的语句实现ASCI码数字8减去9:

;7.5.2.asm  7.5.2 AAS 指令
;下面的语句实现ASCI码数字8减去9:.386
.model flat, stdcall
.stack 4096
ExitProcess PROTO, dwExitCode:DWORD.data
val1 BYTE '8'
val2 BYTE '9'.code
main PROCmov ah, 0mov al, val1					;AX = 0038hsub  al, val2					;AX = 00FFhaas								;AX = 0FF09hpushf							;保存进位标志位or al, 30h						;AX = 0FF39hpopf							;恢复进位标志位INVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

执行SUB指令后，AX等于00FFh。AAS指令将AL转换为09h，AH减1等于FFh并且把进位标志位置1。

7.5.3 AAM 指令

32位模式下，MUL执行非压缩十进制乘法，AAM(乘法后的ASCII调整)指令转换由其产生的二进制乘积。乘法只能使用非压缩十进制数。下面的例子实现5乘以6，并调整AX中的结果。调整后，AX=0300h，非压缩十进制表示为30:

;7.5.3.asm  7.5.3 AAM指令
;下面的例子实现5乘以6，并调整AX中的结果。
;调整后，AX=0300h，非压缩十进制表示为30:.386
.model flat, stdcall
.stack 4096
ExitProcess PROTO, dwExitCode:DWORD.data
ascVal BYTE 05h, 06h.code
main PROCmov bl, ascVal						;第1个操作数mov al, [ascVal+1]					;第2个操作数mul bl								;AX=001Eh aam									;AX=0300h INVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

7.5.4 AAD 指令

32位模式下，AAD(除法之前的ASCII调整)指令将AX中的非压缩十进制被除数转换为二进制，为执行DIV指令做准备。下面的例子把非压缩0307h转换为二进制数，然后除以5。DIV指令在AL中生成商07h，在AH中生成余数02h:

;7.5.4.asm  7.5.4 AAD指令
;下面的例子把非压缩0307h转换为二进制数，然后除以5。
;DIV指令在AL中生成商07h，在AH中生成余数02h:.386
.model flat, stdcall
.stack 4096
ExitProcess PROTO, dwExitCode:DWORD.data
quotient BYTE ?
remainder BYTE ?.code
main PROCmov ax, 0307h					;被除数aad								;AX = 0025hmov bl, 5						;除数div bl							;AX=0207hmov quotient, almov remainder, ahINVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

7.5.5 本节回顾

1.编写一条指令，将 AX中的一个两位非压缩十进制整数转换为十进制的 ASCII码。

答：or ax, 3030h

2.编写一条指令，将 AX中的一个两位 ASCII码十进制整数转换为非压缩十进制形式

答：and ax, 0F0Fh

3.编写有两条指令的序列，将 AX中的一个两位 ASCII 码十进制整数转换为二进制。

答：and ax, 0F0Fh ;转换为非压缩形式

aad

4.编写一条指令，将 AX中的一个无符号二进制整数转换为非压缩十进制数。

答：aam

7.6 压缩十进制运算

(7.6节讨论的指令仅用于32位编程模式。)压缩十进制数的每个字节存放两个十进制数字，每个数字用4位表示。如果数字个数为奇数，则最高的半字节用零填充。存储大小可变:

bcd1 QWORD 2345673928737285h		;十进制数 2345673928737285
bcd2 DWORD 12345678h				;十进制数12345678
bcd3 DWORD 08723654h				;十进制数8723654
bcd4 WORD 9345h						;十进制数9345
bcd5 WORD 0237h						;十进制数237
bcd6 BYTE 34h						;十进制数34

压缩十进制存储至少有两个优势:

●数据几乎可以包含任何个数的有效数字。这使得以很高的精度执行计算成为可能

●实现压缩十进制数与 ASCII码之间的相互转换相对简单。

DAA(加法后的十进制调整)和DAS(减法后的十进制调整)这两条指令调整压缩十进制数加减法的结果。可惜的是，目前还没有与乘除法有关的相似指令。在这些情况下，相乘或相除的数必须是非压缩的，执行后再压缩。

7.6.1 DAA 指令

32位模式下，ADD或ADC指令在AL中生成二进制和数，DAA(加法后的十进制调整)指令将和数转换为压缩十进制格式。比如，下述指令执行压缩十进制数35加48。二进制和数(7Dh)被调整为83h，即35和48的压缩进制和数。

mov al, 35h			
add al, 48h			;AL=7Dh
daa					;AL=83h(调整后的结果)

DAA的内部逻辑请参阅Intel指令集参考手册。示例 下面的程序执行两个16位压缩十进制整数加法，并将和数保存在一个压缩双字中。加法要求和数变量的存储大小比操作数多一个数字:

;AddPacked.asm   7.6.1  DAA指令   压缩十进制示例
;下面的程序执行两个16位压缩十进制整数加法，并将和数保存在一个压缩双字中。
;加法要求和数变量的存储大小比操作数多一个数字:INCLUDE Irvine32.inc.data
packed_1 WORD 4536h
packed_2 WORD 7207h
sum DWORD ?.code
main PROC;初始化和数与索引:mov sum, 0mov esi, 0;低字节相加。mov al, BYTE PTR packed_1[esi]add  al, BYTE PTR packed_2[esi]daamov BYTE PTR sum[esi], al;高字节相加，包括进位标志位。inc esimov al, BYTE PTR packed_1[esi]adc  al, BYTE PTR packed_2[esi]daamov BYTE PTR sum[esi], al;若还有进位，则加上该进位值。inc esimov al, 0adc  al, 0mov BYTE PTR sum[esi], al;用十六进制显示和数，mov eax, sumcall WriteHexcall Crlfexit;INVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

显然，这个程序包含重复代码，因此建议使用循环结构。本章的一道习题将会要求编写一个过程，实现任意大小的压缩十进制整数加法。

7.6.2 DAS指令

32位模式下，SUB或SBB指令在AL中生成二进制结果，DAS(减法后的十进制调整)指令将其转换为压缩十进制格式。比如，下面的语句计算压缩十进制数85减48，并调整结果:

mov bl, 48h							
mov al, 85h							
sub al, bl						;AL = 3Dh
das								;AL = 37h (调整后)

DAS的内部逻辑请参阅Intel指令集参考手册.

7.6.3 本节回顾

1.举例说明，什么情况下DAA指令会把进位标志位置1?

答：当压缩十进制加法的和数大于99时，DAA将进位标志位置1，例如：

;7.6.3_1.asm  7.6.3   本节回顾
;1.举例说明，什么情况下DAA指令会把进位标志位置1?.386
.model flat, stdcall
.stack 4096
ExitProcess PROTO, dwExitCode:DWORD.code
main PROCmov al, 56hadd  al, 92h				;AL = E8hdaa							;AL = 48h, CF = 1INVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

2.举例说明，什么情况下DAS指令会把进位标志位置1?

答：若从小的压缩十进制整数中减去大的压缩十进制整数，则DAS将进位标志位置1.例如：

;7.6.3_2.asm  7.6.3   本节回顾
;2.举例说明，什么情况下DAS指令会把进位标志位置1?.386
.model flat, stdcall
.stack 4096
ExitProcess PROTO, dwExitCode:DWORD.code
main PROCmov al, 56hsub  al, 92h				;AL = C4hdas							;AL = 64h, CF = 1INVOKE ExitProcess,0
main ENDP
END main

3.两个长度为"字节的压缩十进制整数相加时，和数应该保留多少字节?

答：和数应该保留n+1个字节。

7.7 本章小结

与前面章节介绍的位元指令一样，移位指令也是汇编语言最显著的特点之一。一个数移位就意味着把它的位元进行右移或左移。

SHL(左移)指令把目标操作数的每一位都向左移动，最低位用0填充。SHL最大的作用之一是快速实现与2的幂相乘。任何操作数左移位即为乘以2"。SHR(右移)指令则把每一位都向右移动，最高位用0填充。任何操作数右移位即为除以2"。

SAL(算术左移)和SAR(算术右移)是特别为有符号数移位设计的指令。

ROL(循环左移)指令把每一位向左移动，并将最高位复制到进位标志位和最低位。ROR(循环右移)指令把每一位向右移动，并将最低位复制到进位标志位和最高位。

RCL(带进位循环左移)指令把每一位都左移，并先将进位标志位复制到移位结果的最低位，再将最高位复制到进位标志位。RCR(带进位循环右移)指令把每一位都右移，并将最低位复制到进位标志位，而进位标志位则复制到结果的最高位。

x86处理器可使用的SHLD(双精度左移)和SHRD(双精度右移)指令对大数的移位非常有用。

32位模式下，MUL指令实现一个8位、16位或32位的操作数与AL、AX或EAX相乘64位模式下，一个数还可以实现与RAX寄存器相乘。IMUL指令执行有符号数乘法，它有三种格式:单操作数、双操作数和三操作数。

32位模式下，DIV指令实现8位、16位或32位操作数的除法。64位模式下，还可以实现 64位除法。IDIV指令执行有符号数乘法，其格式与DIV指令相同。

CBW(字节转字)指令把AL的符号位扩展到AH寄存器。CDO(双字转四字)指令把EAX的符号位扩展到EDX寄存器。CWD(字转双字)指令把AX的符号位扩展到DX寄存器。

扩展加减法是指加减任意大小的数，ADC和SBB指令可以用于实现这种加减运算ADC(带进位加法)指令实现源操作数与进位标志位的内容和目的操作数相加。SBB(带借位减法)指令实现目的操作数减去源操作数和进位标志位的值。

ASCII十进制数每个字节存放一个数字，并编码为ASCI形式。AAA(加法后的ASCII调整)指令将ADD或ADC指令的二进制结果转换为ASCII十进制。AAS(减法后的ASCII调整)指令将SUB或SBB指令的二进制结果转换为ASCII十进制。所有这些指令都只能用于32位模式。

非压缩十进制数每个字节存放一个十进制数字，表现为二进制数值。AAM(乘法后的ASCII 调整)指令转换的是MUL指令执行非压缩十进制数乘法所生成的二进制结果。AAD(除法前的 ASCI 调整)指令在执行 DIV指令之前，将非压缩十进制被除数转换为二进制。所有这些指令都只能用于32位模式。

压缩十进制数每个字节存放两个十进制数字。DAA(加法后的十进制调整)指令转换的是 ADD或 ADC指令执行压缩十进制加法所生成的二进制结果。DAS(减法后的十进制调整)指令转换的是SUB或SBB指令执行压缩十进制减法所生成的二进制结果。所有这些指令都只能用于 32 位模式，

7.8 关键术语

7.8.1 术语

7.8.2 指令、运算符和伪指令