Cmp что такое в ассемблере

Команда CMP

Команда CMP процессоров семейства i80x86 используется для сравнения двух операндов. Говоря проще, эта команда сравнивает два числа, то есть проверяет, равны эти два числа или НЕ равны.

Синтаксис команды CMP:

ЧИСЛО1 может быть одним из следующих:

ЧИСЛО2 может быть одним из следующих:

Таким образом, комбинации ЧИСЛО1-ЧИСЛО2 могут быть следующими:

Сравнение чисел в Ассемблере

Сравнение чисел в Ассемблере с помощью инструкции CMP выполняется по следующему алгоритму:

Остальные флаги также устанавливаются или сбрасываются в зависимости от результата.

Но нас больше всего интересует флаг ZF.

Итак, чтобы сравнить два числа в Ассемблере нам надо выполнить следующие действия:

Ну а дальше, в зависимости от результата, мы можем выполнить переход на какую-то метку в программе. В статье об использовании инструкции JMP я рассказывал о метках и о безусловном переходе.

Для того, чтобы выполнить переход после сравнения чисел, требуется использовать одну из команд условного перехода. Но об этих команда будет рассказано в соответствующих статьях.

Пример участка программы сравнения чисел на Ассемблере приведён ниже:

Так как эти значения равны, то после выполнения команды CMP флаг ZF будет установлен, то есть равен 1.

Затем мы сравниваем содержимое регистра AL с число 6. Так как в регистре AL у нас осталось число 5, то после выполнения команды CMP флаг ZF будет сброшен (то есть равен 0), так как сравниваемые значения НЕ равны.

В конце как обычно расскажу, почему эта команда ассемблера называется CMP. Это сокращение от английского слова COMPARE, которое можно перевести как “сравнить”.

Источник

Ассемблер. Условия

Обновл. 19 Сен 2021 |

К условиям в ассемблере относятся инструкции циклов и ветвления. Эти инструкции могут изменять поток выполнения кода в программе.

Типы прыжков

Есть 2 типа выполнения условий в ассемблере:

Прыжок без условия (или «безусловный прыжок») — выполняется инструкцией JMP. Выполнение данной инструкции часто включает в себя передачу управления в адрес инструкции, которая не следует за выполняемой в настоящее время инструкцией. Результатом передачи управления может быть выполнение нового набора инструкций или повторное выполнение текущих инструкций.

Прыжок с условием (или «условный прыжок») — выполняется с помощью инструкций типа J и зависит от самого условия. Условные инструкции, изменяя значение смещения в регистре IP, передают управление, прерывая последовательный поток выполнения кода.

Прежде чем разбираться с этими двумя типами инструкций детально, давайте рассмотрим инструкцию CMP.

Инструкция CMP

Инструкция CMP (от англ. «COMPARE») сравнивает два операнда. Фактически, она выполняет операцию вычитания между двумя операндами для проверки того, равны ли эти операнды или нет. Используется вместе с инструкцией условного прыжка.

Синтаксис инструкции CMP:

CMP назначение, источник

Инструкция CMP сравнивает два числовых поля. Операнд назначения может находиться либо в регистре, либо в памяти. Исходным операндом ( источник ) могут быть константы, регистры или память. Например:

Инструкция CMP часто используется для проверки того, достигла ли переменная-счетчик максимального количества раз выполнения цикла или нет. Например:

Прыжок без условия

Как мы уже говорили, безусловный прыжок выполняется инструкцией JMP, которая включает в себя имя метки, куда следует перебросить точку выполнения программы:

В следующем примере мы рассмотрим использование инструкции JMP:

Прыжок с условием

Если при выполнении операции условного прыжка выполняется обозначенное условие, то точка выполнения программы переносится в указанную инструкцию. Существует множество инструкций условного прыжка, в зависимости от условия и данных.

Ниже приведены инструкции условного прыжка, используемые для данных со знаком в арифметических операциях:

В следующей таблице приведены инструкции условного прыжка, используемые для данных без знака в логических операциях:

Следующие инструкции условного прыжка имеют специальное использование и проверяют значение флагов:

Пример синтаксиса набора инструкций типа J :

Источник

Система команд x86

Влияние команды на флаги и форматы команды:

Сравнить imm8 и регистра AL

Сравнить imm16 и регистра AX

Сравнить imm32 и регистра EAX

Сравнить знакорасширенного imm8 и r/m16

Сравнить знакорасширенного imm8 и r/m32

Сравнить байтового регистра и r/m8

Сравнить 16-битного регистра и r/m16

cmp word ptr m32,dx

Сравнить 32-битного регистра и r/m32

Сравнить r/m8 и байтового регистра

Сравнить r/m16 и 16-битного регистра

Сравнить r/m32 и 32-битного регистра

Описание:

Команда CMP (Compare Two Operands) относится к группе команд целочисленной (или двоичной) арифметики (Binary Arithmetic Instructions) и производит сравнение двух операндов, вычитая из первого операнда (LeftSRC) второй операнд (RightSRC) таким же образом, как это делает команда SUB. Первый операнд может быть переменной в регистре или в памяти (r8, r16, r32, r/m8, r/m16, r/m32). Второй операнд — непосредственным значением (imm8, imm16, imm32), переменной в регистре или в памяти. При этом оба операнда одновременно не могут быть переменными в памяти.

В отличие от команды SUB, результат вычитания командой CMP не сохраняется, но флаги в регистре EFLAGS устанавливаются в соответствии с этим результатом также, как это описано для команды SUB.

При сравнении непосредственного значения imm8 или imm16 с двухбайтным или четырехбайтным операндом непосредственная величина прежде всего знакорасширяется до размера первого операнда (LeftSRC), и только после этого выполняется сравнение (вычитание).

Команда CMP обычно используется вместе с командами условных переходов Jcc, командами SETcc и CMOVcc.

Операция:

Особые ситуации защищенного режима:

#GP(0), если при обращении к операнду в памяти в сегменте DS, ES, FS или GS используется нулевой селектор.
#GP(0), если любая часть операнда в памяти находится вне допустимого пространства эффективных адресов в сегменте CS, DS, ES, FS или GS.
#SS(0), если любая часть операнда в памяти находится вне допустимого пространства эффективных адресов в стековом сегменте SS.

Intel386 … :
#PF(Код ошибки) при страничной ошибке.
#UD при использовании префикса LOCK.

Intel486 … :
#AC(0) при невыровненной ссылке в память, если активирован контроль выравнивания (CR0.AM = 1, EFLAGS.AC = 1, CPL = 3).

Особые ситуации режима реальной адресации:

#GP, если любая часть операнда в памяти находится вне допустимого для реального режима пространства эффективных адресов в сегменте CS, DS, ES, FS или GS.
#SS, если любая часть операнда в памяти выходит за допустимую для реального режима верхнюю границу стекового сегмента SS.

Intel386 … :
#UD при использовании префикса LOCK (по неясной причине в документации Intel данное исключение для режима реальной адресации не было указано).

Особые ситуации режима V86:

#GP(0), если любая часть операнда в памяти находится вне допустимого пространства эффективных адресов в сегменте CS, DS, ES, FS или GS.
#SS(0), если любая часть операнда в памяти находится вне допустимого пространства эффективных адресов в стековом сегменте SS.

Intel386 … :
#PF(Код ошибки) при страничной ошибке.
#UD при использовании префикса LOCK.

Intel486 … :
#AC(0) при невыровненной ссылке в память, если активирован контроль выравнивания (CR0.AM = 1, EFLAGS.AC = 1, CPL = 3).

Замечание:

К командам целочисленной арифметики относятся команды ADD, ADC, SUB, SBB, IMUL, MUL, IDIV, DIV, INC, DEC, NEG, CMP.

В свою очередь, сами названные команды целочисленной арифметики делятся на следующие подгруппы:

Источник

Записки программиста

Шпаргалка по основным инструкциям ассемблера x86/x64

В прошлой статье мы написали наше первое hello world приложение на асме, научились его компилировать и отлаживать, а также узнали, как делать системные вызовы в Linux. Сегодня же мы познакомимся непосредственно с ассемблерными инструкциями, понятием регистров, стека и вот этого всего. Ассемблеры для архитектур x86 (a.k.a i386) и x64 (a.k.a amd64) очень похожи, в связи с чем нет смысла рассматривать их в отдельных статьях. Притом акцент я постараюсь делать на x64, попутно отмечая отличия от x86, если они есть. Далее предполагается, что вы уже знаете, например, чем стек отличается от кучи, и объяснять такие вещи не требуется.

Регистры общего назначения

Регистр — это небольшой (обычно 4 или 8 байт) кусочек памяти в процессоре с чрезвычайно большой скоростью доступа. Регистры делятся на регистры специального назначения и регистры общего назначения. Нас сейчас интересуют регистры общего назначения. Как можно догадаться по названию, программа может использовать эти регистры под свои нужды, как ей вздумается.

На x86 доступно восемь 32-х битных регистров общего назначения — eax, ebx, ecx, edx, esp, ebp, esi и edi. Регистры не имеют заданного наперед типа, то есть, они могут трактоваться как знаковые или беззнаковые целые числа, указатели, булевы значения, ASCII-коды символов, и так далее. Несмотря на то, что в теории эти регистры можно использовать как угодно, на практике обычно каждый регистр используется определенным образом. Так, esp указывает на вершину стека, ecx играет роль счетчика, а в eax записывается результат выполнения операции или процедуры. Существуют 16-и битные регистры ax, bx, cx, dx, sp, bp, si и di, представляющие собой 16 младших бит соответствующих 32-х битных регистров. Также доступны и 8-и битовые регистры ah, al, bh, bl, ch, cl, dh и dl, которые представляют собой старшие и младшие байты регистров ax, bx, cx и dx соответственно.

Рассмотрим пример. Допустим, выполняются следующие три инструкции:

Значения регистров после записи в eax значения 0 x AABBCCDD:

Значения после записи в регистр al значения 0 x EE:

Значения регистров после записи в ax числа 0 x 1234:

Как видите, ничего сложного.

На x64 размер регистров был увеличен до 64-х бит. Соответствующие регистры получили название rax, rbx, и так далее. Кроме того, регистров общего назначения стало шестнадцать вместо восьми. Дополнительные регистры получили названия r8, r9, …, r15. Соответствующие им регистры, которые представляют младшие 32, 16 и 8 бит, получили название r8d, r8w, r8b, и по аналогии для регистров r9-r15. Кроме того, появились регистры, представляющие собой младшие 8 бит регистров rsi, rdi, rbp и rsp — sil, dil, bpl и spl соответственно.

Про адресацию

Как уже отмечалось, регистры могут трактоваться, как указатели на данные в памяти. Для разыменования таких указателей используется специальный синтаксис:

Эта запись означает «прочитай 8 байт по адресу, записанному в регистре rsp, и сохрани их в регистр rax». При запуске программы rsp указывает на вершину стека, где хранится число аргументов, переданных программе (argc), указатели на эти аргументы, а также переменные окружения и кое-какая другая информация. Таким образом, в результате выполнения приведенной выше инструкции (разумеется, при условии, что перед ней не выполнялось каких-либо других инструкций) в rax будет записано количество аргументов, с которыми была запущена программа.

В одной команде можно указывать адрес и смешение (как положительное, так и отрицательное) относительно него:

Эта запись означает «возьми rsp, прибавь к нему 8, прочитай 8 байт по получившемуся адресу и положи их в rax». Таким образом, в rax будет записан адрес строки, представляющей собой первый аргумент программы, то есть, имя исполняемого файла.

При работе с массивами бывает удобно обращаться к элементу с определенным индексом. Соответствующий синтаксис:

Читается так: «посчитай rcx*8 + rsp + 16, и поменяй местами 8 байт (размер регистра) по получившемуся адресу и значение регистра rax». Другими словами, rsp и 16 все так же играют роль смещения, rcx играет роль индекса в массиве, а 8 — это размер элемента массива. При использовании данного синтаксиса допустимыми размерами элемента являются только 1, 2, 4 и 8. Если требуется какой-то другой размер, можно использовать инструкции умножения, бинарного сдвига и прочие, которые мы рассмотрим далее.

Наконец, следующий код тоже валиден:

.data
msg :
. ascii «Hello, world!\n»
. text

В смысле, что можно не указывать регистр со смещением или вообще какие-либо регистры. В результате выполнения этого кода в регистры al и ah будет записан ASCII-код буквы H, или 0 x 48.

В этом контексте хотелось бы упомянуть еще одну полезную ассемблерную инструкцию:

Инструкция lea очень удобна, так как позволяет сразу выполнить умножение и несколько сложений.

Fun fact! На x64 в байткоде инструкций никогда не используются 64-х битовые смещения. В отличие от x86, инструкции часто оперируют не абсолютными адресами, а адресами относительно адреса самой инструкции, что позволяет обращаться к ближайшим +/- 2 Гб оперативной памяти. Соответствующий синтаксис:

Как видите, «относительный» mov еще и на один байт короче! Что это за регистр такой rip мы узнаем чуть ниже.

Для записи же полного 64-х битового значения в регистр предусмотрена специальная инструкция:

Другими словами, процессоры x64 так же экономно кодируют инструкции, как и процессоры x86, и в наше время нет особо смысла использовать процессоры x86 в системах, имеющих пару гигабайт оперативной памяти или меньше (мобильные устройства, холодильники, микроволновки, и так далее). Скорее всего, процессоры x64 будут даже более эффективны за счет большего числа доступных регистров и большего размера этих регистров.

Арифметические операции

Рассмотрим основные арифметические операции:

# инкремент: rax = rax + 1 = 124
inc % rax

Здесь и далее операндами могут быть не только регистры, но и участки памяти или константы. Но оба операнда не могут быть участками памяти. Это правило применимо ко всем инструкциям ассемблера x86/x64, по крайней мере, из рассмотренных в данной статье.

В данном примере инструкция mul умножает al на cl, и сохраняет результат умножения в пару регистров al и ah. Таким образом, ax примет значение 0 x 12C или 300 в десятичной нотации. В худшем случае для сохранения результата перемножения двух N-байтовых значений может потребоваться до 2*N байт. В зависимости от размера операнда результат сохраняется в al:ah, ax:dx, eax:edx или rax:rdx. Притом в качестве множителей всегда используется первый из этих регистров и переданный инструкции аргумент.

Знаковое умножение производится точно так же при помощи инструкции imul. Кроме того, существуют варианты imul с двумя и тремя аргументами:

Инструкции div и idiv производят действия, обратные mul и imul. Например:

# rax = rdx:rax / rcx = 3
# rdx = rdx:rax % rcx = 87
div % rcx

Как видите, был получен результат целочисленного деления, а также остаток от деления.

Это далеко не все арифметические инструкции. Например, есть еще adc (сложение с учетом флага переноса), sbb (вычитание с учетом займа), а также соответствующие им инструкции, выставляющие и очищающие соответствующие флаги (ctc, clc), и многие другие. Но они распространены намного меньше, и потому в рамках данной статьи не рассматриваются.

Логические и битовые операции

Как уже отмечалось, особой типизации в ассемблере x86/x64 не предусмотрено. Поэтому не стоит удивляться, что в нем нет отдельных инструкций для выполнения булевых операций и отдельных для выполнения битовых операций. Вместо этого есть один набор инструкций, работающих с битами, а уж как интерпретировать результат — решает конкретная программа.

Так, например, выглядит вычисление простейшего логического выражения:

Заметьте, что здесь мы использовали по одному младшему биту в каждом из 64-х битовых регистров. Таким образом, в старших битах образуется мусор, который мы обнуляем последней командой.

Еще одна полезная инструкция — это xor (исключающее или). В логических выражениях xor используется нечасто, однако с его помощью часто происходит обнуление регистров. Если посмотреть на опкоды инструкций, то становится понятно, почему:

Как видите, инструкции xor и inc кодируются всего лишь тремя байтами каждая, в то время, как делающая то же самое инструкция mov занимает целых семь байт. Каждый отдельный случай, конечно, лучше бенчмаркать отдельно, но общее эвристическое правило такое — чем короче код, тем больше его помещается в кэши процессора, тем быстрее он работает.

В данном контексте также следует вспомнить инструкции побитового сдвига, тестирования битов (bit test) и сканирования битов (bit scan):

Еще есть битовые сдвиги со знаком (sal, sar), циклические сдвиги с флагом переноса (rcl, rcr), а также сдвиги двойной точности (shld, shrd). Но используются они не так уж часто, да и утомишься перечислять вообще все инструкции. Поэтому их изучение я оставляю вам в качестве домашнего задания.

Условные выражения и циклы

Выше несколько раз упоминались какие-то там флаги, например, флаг переноса. Под флагами понимаются биты специального регистра eflags / rflags (название на x86 и x64 соответственно). Напрямую обращаться к этому регистру при помощи инструкций mov, add и подобных нельзя, но он изменяется и используется различными инструкциями косвенно. Например, уже упомянутый флаг переноса (carry flag, CF) хранится в нулевом бите eflags / rflags и используется, например, в той же инструкции bt. Еще из часто используемых флагов можно назвать zero flag (ZF, 6-ой бит), sign flag (SF, 7-ой бит), direction flag (DF, 10-ый бит) и overflow flag (OF, 11-ый бит).

В результате значение rax будет равно единице, так как первая инструкция inс будет пропущена. Заметьте, что адрес перехода также может быть записан в регистре:

Впрочем, на практике такого кода лучше избегать, так как он ломает предсказание переходов и потому менее эффективен.

Условные переходы обычно осуществляются при помощи инструкции cmp, которая сравнивает два своих операнда и выставляет соответствующие флаги, за которой следует инструкция из семейства je, jg и подобных:

je 1f # перейти, если равны (equal)
jl 1f # перейти, если знаково меньше (less)
jb 1f # перейти, если беззнаково меньше (below)
jg 1f # перейти, если знаково больше (greater)
ja 1f # перейти, если беззнаково больше (above)

Существует также инструкции jne (перейти, если не равны), jle (перейти, если знаково меньше или равны), jna (перейти, если беззнаково не больше) и подобные. Принцип их именования, надеюсь, очевиден. Вместо je / jne часто пишут jz / jnz, так как инструкции je / jne просто проверяют значение ZF. Также есть инструкции, проверяющие другие флаги — js, jo и jp, но на практике они используются редко. Все эти инструкции вместе взятые обычно называют jcc. То есть, вместо конкретных условий пишутся две буквы «c», от «condition». Здесь можно найти хорошую сводную таблицу по всем инструкциям jcc и тому, какие флаги они проверяют.

Помимо cmp также часто используют инструкцию test:

Fun fact! Интересно, что cmp и test в душе являются теми же sub и and, только не изменяют своих операндов. Это знание можно использовать для одновременного выполнения sub или and и условного перехода, без дополнительных инструкций cmp или test.

Еще из инструкций, связанных с условными переходами, можно отметить следующие.

Инструкция jrcxz осуществляет переход только в том случае, если значение регистра rcx равно нулю.

Инструкции семейства cmovcc (conditional move) работают как mov, но только при выполнении заданного условия, по аналогии с jcc.

Инструкции setcc присваивают однобайтовому регистру или байту в памяти значение 1, если заданное условие выполняется, и 0 иначе.

Сравнить rax с заданным куском памяти. Если равны, выставить ZF и сохранить по указанному адресу значение указанного регистра, в данном примере rcx. Иначе очистить ZF и загрузить значение из памяти в rax. Также оба операнда могут быть регистрами.

Инструкция cmpxchg8b главным образом нужна в x86. Она работает аналогично cmpxchg, только производит compare and swap сразу 8-и байт. Регистры edx:eax используются для сравнения, а регистры ecx:ebx хранят то, что мы хотим записать. Инструкция cmpxchg16b по тому же принципу производит compare and swap сразу 16-и байт на x64.

Важно! Примите во внимание, что без префикса lock все эти compare and swap инструкции не атомарны.

Не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы изобразить при помощи этих инструкций конструкцию if-then-else или циклы for / while, поэтому двигаемся дальше.

«Строковые» операции

Рассмотрим следующий кусок кода:

В регистры rsi и rdi кладутся адреса двух строк. Командой cld очищается флаг направления (DF). Инструкция, выполняющая обратное действие, называется std. Затем в дело вступает инструкция cmpsb. Она сравнивает байты (%rsi) и (%rdi) и выставляет флаги в соответствии с результатом сравнения. Затем, если DF = 0, rsi и rdi увеличиваются на единицу (количество байт в том, что мы сравнивали), иначе — уменьшаются. Аналогичные инструкции cmpsw, cmpsl и cmpsq сравнивают слова, длинные слова и четверные слова соответственно.

Инструкции cmps интересны тем, что могут использоваться с префиксом rep, repe (repz) и repne (repnz). Например:

Префикс rep повторяет инструкцию заданное в регистре rcx количество раз. Префиксы repz и repnz делают то же самое, но только после каждого выполнения инструкции дополнительно проверяется ZF. Цикл прерывается, если ZF = 0 в случае c repz и если ZF = 1 в случае с repnz. Таким образом, приведенный выше код проверяет равенство двух буферов одинакового размера.

Аналогичные инструкции movs перекладывает данные из буфера, адрес которого указан в rsi, в буфер, адрес которого указан в rdi (легко запомнить — rsi значит source, rdi значит destination). Инструкции stos заполняет буфер по адресу из регистра rdi байтами из регистра rax (или eax, или ax, или al, в зависимости от конкретной инструкции). Инструкции lods делают обратное действие — копируют байты по указанному в rsi адресу в регистр rax. Наконец, инструкции scas ищут байты из регистра rax (или соответствующих регистров меньшего размера) в буфере, адрес которого указан в rdi. Как и cmps, все эти инструкции работают с префиксами rep, repz и repnz.

Работа со стеком и процедуры

Со стеком все очень просто. Инструкция push кладет свой аргумент на стек, а инструкция pop извлекает значение со стека. Например, если временно забыть про инструкцию xchg, то поменять местами значение двух регистров можно так:

Существуют инструкции, помещающие на стек и извлекающие с него регистр rflags / eflags:

А так, к примеру, можно получить значение флага CF:

На x86 также существуют инструкции pusha и popa, сохраняющие на стеке и восстанавливающие с него значения всех регистров. В x64 этих инструкций больше нет. Видимо, потому что регистров стало больше и сами регистры теперь длиннее — сохранять и восстанавливать их все стало сильно дороже.

Процедуры, как правило, «создаются» при помощи инструкций call и ret. Инструкция call кладет на стек адрес следующей инструкции и передает управление по указанному в аргументе адресу. Инструкция ret читает со стека адрес возврата и передает по нему управление. Например:

# выход из процедуры
ret

Как правило, возвращаемое значение передается в регистре rax или, если его размера не достаточно, записывается в структуру, адрес которой передается в качестве аргумента. К вопросу о передаче аргументов. Соглашений о вызовах существует великое множество. В одних все аргументы всегда передаются через стек (отдельный вопрос — в каком порядке) и за очистку стека от аргументов отвечает сама процедура, в других часть аргументов передается через регистры, а часть через стек, и за очистку стека от аргументов отвечает вызывающая сторона, плюс множество вариантов посередине, с отдельными правилами касательно выравнивания аргументов на стеке, передачи this, если это ООП язык, и так далее. В общем случае для произвольно взятой архитектуры, компилятора и языка программирования соглашение о вызовах может быть вообще каким угодно.

Для примера рассмотрим ассемблерный код, сгенерированный CLang 3.8 для простой программки на языке C под x64. Так выглядит одна из процедур:

# типичный пролог процедуры
# регистр rsp не изменяется, так как процедура не вызывает никаких
# других процедур
400950: 55 push %rbp
400951: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp

# типичный эпилог
4009a3: 5d pop %rbp
4009a4: c3 retq

Как видите, два аргумента были переданы процедуре через регистры rdi и rsi. По всей видимости, используется конвенция под названием System V AMD64 ABI. Утверждается, что это стандарт де-факто под x64 на *nix системах. Я не вижу смысла пересказывать описание этой конвенции здесь, заинтересованные читатели могут ознакомиться с полным описанием по приведенной ссылке.

Заключение

Еще интересный топик, оставшийся за кадром — это атомарные операции, барьеры памяти, спинлоки и вот это все. Например, compare and swap часто реализуется просто как инструкция cmpxchg с префиксом lock. По аналогии реализуется атомарный инкремент, декремент, и прочее. Увы, все это тянет на тему для отдельной статьи.

В качестве источников дополнительной информации можно рекомендовать книгу Modern X86 Assembly Language Programming, и, конечно же, мануалы от Intel. Также довольно неплоха книга x86 Assembly на wikibooks.org.

Из онлайн-справочников по ассемблерным инструкциям стоит обратить внимание на следующие:

А знаете ли вы ассемблер, и если да, то находите ли это знание полезным?

Источник