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c语言位运算 汇编代码分析

news 2025/10/16 12:04:20

文章目录

    • 位运算代码
    • 汇编代码
    • 分析
  • 🧩 基础背景
  • ⚙️ 分析逐步讲解
    • 🧠 1️⃣ 定义变量 a、b
    • 🧩 2️⃣ 按位与（AND）
      • ➤ 执行过程：
      • ➤ 结果：
      • ➤ 汇编解释：
    • 🧩 3️⃣ 按位或（OR）
      • ➤ 执行过程：
      • ➤ 结果：
      • ➤ 汇编解释：
    • 🧩 4️⃣ 按位异或（XOR）
      • ➤ 执行过程：
      • ➤ 结果：
      • ➤ 汇编解释：
    • 🧩 5️⃣ 按位取反（NOT）
      • ➤ 执行过程：
      • ➤ 结果：
      • ➤ 汇编解释：
    • 🧩 6️⃣ 左移（SHL）
      • ➤ 执行过程：
      • ➤ 结果：
      • ➤ 汇编解释：
    • 🧩 7️⃣ 右移（SHR）
      • ➤ 执行过程：
      • ➤ 结果：
      • ➤ 汇编解释：
  • 🧾 汇总表
  • 🧠 编译器生成逻辑分析
  • ✅ 总结要点

位运算代码

#include <iostream>
#include <bitset>void basicBitOperations() {unsigned int a = 0b11001100; // 204unsigned int b = 0b10101010; // 170//std::cout << "a = " << std::bitset<8>(a) << " (" << a << ")" << std::endl;//std::cout << "b = " << std::bitset<8>(b) << " (" << b << ")" << std::endl;// 位与运算unsigned int andResult = a & b;//std::cout << "a & b = " << std::bitset<8>(andResult) << " (" << andResult << ")" << std::endl;// 位或运算unsigned int orResult = a | b;//std::cout << "a | b = " << std::bitset<8>(orResult) << " (" << orResult << ")" << std::endl;// 位异或运算unsigned int xorResult = a ^ b;//std::cout << "a ^ b = " << std::bitset<8>(xorResult) << " (" << xorResult << ")" << std::endl;// 位非运算unsigned int notResult = ~a;//std::cout << "~a = " << std::bitset<8>(notResult) << " (" << notResult << ")" << std::endl;// 左移运算unsigned int leftShift = a << 2;//std::cout << "a << 2 = " << std::bitset<8>(leftShift) << " (" << leftShift << ")" << std::endl;// 右移运算unsigned int rightShift = a >> 2;//std::cout << "a >> 2 = " << std::bitset<8>(rightShift) << " (" << rightShift << ")" << std::endl;
}
int main()
{basicBitOperations();
}

汇编代码

--- D:\ReverseEngineering\CPP_Code\位运算\位运算\位运算.cpp -----------------------------1: #include <iostream>2: #include <bitset>3: 4: void basicBitOperations() {
002A1820  push        ebp  
002A1821  mov         ebp,esp  
002A1823  sub         esp,120h  
002A1829  push        ebx  
002A182A  push        esi  
002A182B  push        edi  
002A182C  lea         edi,[ebp-60h]  
002A182F  mov         ecx,18h  
002A1834  mov         eax,0CCCCCCCCh  
002A1839  rep stos    dword ptr es:[edi]  
002A183B  mov         ecx,offset _3428AB1E_位运算\位运算\位运算@cpp (02AC079h)  
002A1840  call        @__CheckForDebuggerJustMyCode@4 (02A1325h)  
002A1845  nop  5: 	unsigned int a = 0b11001100; // 204
002A1846  mov         dword ptr [a],0CCh  6: 	unsigned int b = 0b10101010; // 170
002A184D  mov         dword ptr [b],0AAh  7: 8: 	//std::cout << "a = " << std::bitset<8>(a) << " (" << a << ")" << std::endl;9: 	//std::cout << "b = " << std::bitset<8>(b) << " (" << b << ")" << std::endl;10: 11: 	// 位与运算12: 	unsigned int andResult = a & b;
002A1854  mov         eax,dword ptr [a]  
002A1857  and         eax,dword ptr [b]  
002A185A  mov         dword ptr [andResult],eax  13: 	//std::cout << "a & b = " << std::bitset<8>(andResult) << " (" << andResult << ")" << std::endl;14: 15: 	// 位或运算16: 	unsigned int orResult = a | b;
002A185D  mov         eax,dword ptr [a]  
002A1860  or          eax,dword ptr [b]  
002A1863  mov         dword ptr [orResult],eax  17: 	//std::cout << "a | b = " << std::bitset<8>(orResult) << " (" << orResult << ")" << std::endl;18: 19: 	// 位异或运算20: 	unsigned int xorResult = a ^ b;
002A1866  mov         eax,dword ptr [a]  
002A1869  xor         eax,dword ptr [b]  
002A186C  mov         dword ptr [xorResult],eax  21: 	//std::cout << "a ^ b = " << std::bitset<8>(xorResult) << " (" << xorResult << ")" << std::endl;22: 23: 	// 位非运算24: 	unsigned int notResult = ~a;
002A186F  mov         eax,dword ptr [a]  
002A1872  not         eax  
002A1874  mov         dword ptr [notResult],eax  25: 	//std::cout << "~a = " << std::bitset<8>(notResult) << " (" << notResult << ")" << std::endl;26: 27: 	// 左移运算28: 	unsigned int leftShift = a << 2;
002A1877  mov         eax,dword ptr [a]  
002A187A  shl         eax,2  
002A187D  mov         dword ptr [leftShift],eax  29: 	//std::cout << "a << 2 = " << std::bitset<8>(leftShift) << " (" << leftShift << ")" << std::endl;30: 31: 	// 右移运算32: 	unsigned int rightShift = a >> 2;
002A1880  mov         eax,dword ptr [a]  
002A1883  shr         eax,2  
002A1886  mov         dword ptr [rightShift],eax  33: 	//std::cout << "a >> 2 = " << std::bitset<8>(rightShift) << " (" << rightShift << ")" << std::endl;34: }
002A1889  pop         edi  
002A188A  pop         esi  
002A188B  pop         ebx  
002A188C  add         esp,120h  
002A1892  cmp         ebp,esp  
002A1894  call        __RTC_CheckEsp (02A1249h)  
002A1899  mov         esp,ebp  
002A189B  pop         ebp  
002A189C  ret

分析

非常好 👏
你这段代码展示了 C++ 编译后，编译器如何将每一种位运算（&, |, ^, ~, <<, >>）翻译为底层汇编指令。
我们来逐行剖析 C 代码 ↔ 汇编指令 ↔ 实际寄存器行为 ↔ 位级变化。

🧩 基础背景

源代码：

unsigned int a = 0b11001100; // 204 (0xCC)
unsigned int b = 0b10101010; // 170 (0xAA)
unsigned int andResult = a & b;
unsigned int orResult = a | b;
unsigned int xorResult = a ^ b;
unsigned int notResult = ~a;
unsigned int leftShift = a << 2;
unsigned int rightShift = a >> 2;

在汇编中：

  • 变量 a、b 等都分配在函数栈上。
  • 每次操作都是 mov → 运算 → mov 三步。
  • 寄存器使用 EAX（主运算寄存器）。

⚙️ 分析逐步讲解

🧠 1️⃣ 定义变量 a、b

002A1846  mov dword ptr [a],0CCh   ; a = 0xCC (204)
002A184D  mov dword ptr [b],0AAh   ; b = 0xAA (170)
变量二进制十进制十六进制
a110011002040xCC
b101010101700xAA

这两行只是往栈上保存常数，没有计算。

🧩 2️⃣ 按位与（AND）

002A1854  mov eax,dword ptr [a]
002A1857  and eax,dword ptr [b]
002A185A  mov dword ptr [andResult],eax

➤ 执行过程：

步骤内容
1️⃣载入 a → EAX = 11001100b
2️⃣与 b 做 AND → EAX = 11001100 AND 10101010 = 10001000
3️⃣保存结果到 andResult

➤ 结果：

10001000b = 0x88 = 136

➤ 汇编解释：

  • and eax, [b] 是逐位逻辑与。
  • 对每一位：1 & 1 → 1，否则 0。
  • 常用于 屏蔽（mask）操作。

🧩 3️⃣ 按位或（OR）

002A185D  mov eax,dword ptr [a]
002A1860  or  eax,dword ptr [b]
002A1863  mov dword ptr [orResult],eax

➤ 执行过程：

步骤内容
1️⃣EAX = 11001100
2️⃣OR b → 11001100 OR 10101010 = 11101110
3️⃣保存结果

➤ 结果：

11101110b = 0xEE = 238

➤ 汇编解释：

  • or eax, [b]：任一位为 1 → 结果为 1。
  • 用于 强制开启特定位，如 “设置标志位”。

🧩 4️⃣ 按位异或（XOR）

002A1866  mov eax,dword ptr [a]
002A1869  xor eax,dword ptr [b]
002A186C  mov dword ptr [xorResult],eax

➤ 执行过程：

步骤内容
1️⃣EAX = 11001100
2️⃣XOR b → 11001100 XOR 10101010 = 01100110
3️⃣保存结果

➤ 结果：

01100110b = 0x66 = 102

➤ 汇编解释：

  • xor eax, [b]：相同为 0，不同为 1。

  • 特性：

    • x ^ 0 = x
    • x ^ x = 0

  • 常见技巧：

    • xor eax, eax 用来清零寄存器。

🧩 5️⃣ 按位取反（NOT）

002A186F  mov eax,dword ptr [a]
002A1872  not eax
002A1874  mov dword ptr [notResult],eax

➤ 执行过程：

步骤内容
1️⃣EAX = 11001100
2️⃣NOT → 每一位取反 → 00110011
3️⃣保存结果

➤ 结果：

00110011b = 0x33 = 51

➤ 汇编解释：

  • not eax：1 → 0，0 → 1。
  • 用于 按位反转。
  • 不影响标志位（ZF/SF/CF 不变）。

🧩 6️⃣ 左移（SHL）

002A1877  mov eax,dword ptr [a]
002A187A  shl eax,2
002A187D  mov dword ptr [leftShift],eax

➤ 执行过程：

步骤内容
1️⃣EAX = 11001100b
2️⃣左移 2 位 → 00110000b
3️⃣保存结果

➤ 结果：

00110000b = 0x30 = 48

➤ 汇编解释：

  • shl eax, 2：逻辑左移 2 位。
  • 左移时 高位溢出 → CF，低位补 0。
  • 相当于：a * 2² = a * 4。
  • 常用于乘 2 的幂。

🧩 7️⃣ 右移（SHR）

002A1880  mov eax,dword ptr [a]
002A1883  shr eax,2
002A1886  mov dword ptr [rightShift],eax

➤ 执行过程：

步骤内容
1️⃣EAX = 11001100b
2️⃣右移 2 位 → 00110011b
3️⃣保存结果

➤ 结果：

00110011b = 0x33 = 51

➤ 汇编解释：

  • shr eax, 2：逻辑右移 2 位。
  • 低位移出 → CF；高位补 0。
  • 相当于：a / 4（对无符号数）。

🧾 汇总表

操作C 表达式汇编指令结果（二进制）十进制说明
ANDa & band eax,[b]10001000136按位与，清零特定位
ORabor eax,[b]11101110238
XORa ^ bxor eax,[b]01100110102按位异或，反转不同位
NOT~anot eax0011001151取反
SHLa << 2shl eax,20011000048左移（×4）
SHRa >> 2shr eax,20011001151右移（÷4）

🧠 编译器生成逻辑分析

在汇编层，所有这些操作都遵循相同模板：

mov eax, [变量1]
<位运算指令> eax, [变量2或立即数]
mov [结果变量], eax

也就是三步：
1️⃣ 载入源操作数。
2️⃣ 执行位级运算。
3️⃣ 存回结果。

由于这些是 单指令逻辑操作（单周期执行），
它们在 CPU 中都由 ALU（算术逻辑单元） 直接完成。

✅ 总结要点

类型汇编指令操作特性
逻辑运算and, or, xor, not, test不涉及进位，纯二进制位逻辑
移位运算shl, shr, sar, rol, ror位移动与标志控制
ALU 执行单元硬件电路级并行完成比加减更快
标志位变化ZF, SF, CF, PF 更新（NOT 不影响）用于分支和条件判断
http://www.dtcms.com/a/487688.html

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