深入理解计算机系统（3.2）---数据格式、访问信息以及操作数指示符

引言

　　本文的内容其实可以成为汇编语言的基础，因为汇编语言大部分时候是在操作一些我们平时开发看不到的东西，因此本文的目的就是搞清楚，汇编语言都是在操作些什么东西。或者更准确的说，各种汇编指令都是在操作什么样的对象。

汇编层次的对象

　　在平时的开发过程中，CPU处理器的状态对开发者是隐藏的，我们看不到CPU当中各个对象的状态。但是在汇编语言中，我们可以清楚的看到这些对象的状态，其中CPU主要包含以下几个对象。

　　程序计数器（PC）：记录下一条指令的地址。

　　整数寄存器文件：共8个，可以存储一些地址或者整数的数据。

　　条件寄存器：保存算数或逻辑指令的状态信息，可以实现程序的流程控制。

　　浮点寄存器：存储浮点数。

　　可以看出，这些都是CPU处理器当中的对象，上一章我们写过一个简单的C程序，相信如果不是看了汇编代码，各位也都看不出来在程序运行过程中，CPU当中这些对象都在做着一些什么样的操作，又在存储着一些什么样的内容。

数据的格式

　　在上一章当中，几乎所有的汇编指令后面都有一个字母l，比如movl、addl、subl、pushl等等，这个l的后缀其实就是表示的数据格式，表示我们操作的是32位的数值。

　　在计算机从16位扩展到32位，以至于当前的64位来讲，数据格式就一直在变。但是历史总会多少影响着未来的走向，因此我们习惯称16位为“字”，而32位则为“双字”，相应的，64位则为“四字”。

　　以下我们以IA32架构为例，来看一下各个数据格式对应的后缀是什么。

　　图当中已经介绍的比较清楚，LZ这里就不再废话了。需要一提的就是，long long int在IA32架构中是不支持这种数据格式的，因此就没有列出它的后缀。另外，long double是一种扩展类型，通常采用12个字节来表示。

　　上面的图示使用的方式很简单，比如mov指令，它是一个数据传送的指令，那么movb就代表传送一个字节的数据，movw就代表传送两个字节的数据，而movl就代表传送四个字节的数据。

寄存器

　　寄存器是CPU当中非常重要的对象，一般情况下，很多临时变量都会存储在这里，就像上一章当中的临时变量t，在优化之后，t将不再进入主存，而只留在寄存器当中。这样可以提高程序运行的速度，因为寄存器的速度要高于主存，而且在寄存器与主存之间传输数据，也是十分耗时间的一件事。

　　下面是一张书中的寄存器图示，它基于IA32架构给出。

　　可以看到，对于%esp和%ebp寄存器来讲，图中标注了它们分别是栈指针以及帧指针。而对于另外六个寄存器来讲，它们大部分时候是一样的，但是还是有些许的不同。

　　比如%eax寄存器，它很多时候用来存储函数的返回值。而对于%eax、%ecx、%edx、%ebx来讲，它们都可以被访问单独的字节。另外需要一提的是，这八个寄存器都可以被访问双字节。

　　除了以上的区别之外，对于%eax、%ecx、%edx和%ebx、%esi、%edi来讲，它们的使用惯例也有些许不同，这个在后面我们将深入讨论。这里各位只要大概认识一下这八位神仙就行了。

操作数指示符

　　操作数指示符这个称谓是书上给的，但LZ觉得这个概念不太容易理解，操作数指示符其实指的就是一种取值的标识方式，用来获取参与各种操作的操作数。

　　这些标识方式一共有三种，一种是$符号后跟一个标准C表示的整数，比如$100，$0x11等等。第二种则是寄存器，当它作为一个操作数的时候，则是取的寄存器当中的数值。另外，对于寄存器来说，也可以选择性的操作4个、2个、1个字节，而并不一定非要操作4个字节。最后一种，则是我们相对来说最熟悉的，就是存储器或者说内存。当它作为一个操作数的时候，会去计算存储器地址的数值，然后去这个地址取相应的数值。

　　对于这三种操作数的标识方式，在书中给出了一个表格，这里LZ贴一下。

　　第一列是代表的类型，而第一行则是指的立即数，第二行则是指的寄存器，而剩下的都是存储器了。对于立即数和寄存器来讲，比较好理解，就是直接取值或者取寄存器的值。而对于存储器来讲，则有很多种情况，不过我们也可以看出，上面所有的情况，其实都是最后一种的特殊情况。Imm(Eb,Ei,s)是存储器取值的一般形式，比如当Imm为0时，则是倒数第二种取值方式。对于其它的形式，也可以使用同样的方式推算出来。

　　由于存储器相对来说，理解起来比较困难一点。因此这里LZ举个简单的例子，比如对于4(%esp,%eax,4)这个操作数来讲，它代表的是内存地址为4+%esp+4*%eax的存储器区域的值。

　　操作数是大部分指令都有的，因此上面的这些标识方式，在之后的文章中我们会经常看到，它们将会成为各位猿友很好的朋友。

文章小结

　　本章只介绍了一些汇编当中基础的知识，这些内容相对来讲不是特别困难，但却是打开后面神秘大门的钥匙。因此倘若有哪位猿友不是太理解本章的内容的话，LZ希望各位可以从实践入手去理解一下本章的内容。这一点可以结合上一章来看，从上一章给出的汇编代码中寻找数据格式、操作数以及寄存器的部分，这应该是十分轻松的，因为上一章的汇编代码中充斥着这三个部分的内容。