汇编语言学习笔记(九):转移指令的原理

学习参考:汇编语言(第2版)王爽

  • 操作符 offset
  • jmp 指令
  • 依据位移进行转移的 jmp 指令
  • 转移的目的地址在指令中的 jmp 指令
  • 转移地址在寄存器中的 jmp 指令
  • 转移地址在内存中的 jmp 指令
  • jcxz 指令
  • loop 指令
  • 编译器对转移位移超界的检测

可以修改 IP,或同时修改 CS 和 IP 的指令统称为转移指令。概括地讲,转移指令就是可以控制 CPU 执行内存中某处代码的指令

8086CPU 的转移行为有以下几类

  • 只修改 IP 时,称为段内转移,比如:jmp ax
  • 同时修改 CS 和 IP 时,称为段间转移,比如:jmp 1000:0

由于转移指令对 IP 的修改范围不同,段内转移又分为:短转移和近转移

  • 短转移 IP 的修改范围为 -128~127 (2^7-1)
  • 近转移 IP 的修改范围为 -32768~32767 (2^15-1)

8086CPU 的转移指令分为一下几类

  • 无条件转移指令(如 jmp)
  • 条件转移指令
  • 循环指令(如 loop)
  • 过程
  • 中断

操作符 offset

由编译器处理的符号,功能是取得标号的偏移地址

1
2
3
4
5
6
assume cs:codesg
codesg segment
start: mov ax,offset start ;相当于 mov ax,0
s: mov ax,offset s ;相当于 mov ax,3,第一条指令长度为 3 个字节,则 s 的偏移地址为 3
codesg ends
end start

jmp 指令

jmp 为无条件转移指令,可以只修改 IP,也可以同时修改 CS 和 IP

jmp 指令要给出两种信息:

  • 转移的目的地址
  • 转移的距离(段间转移、段内短转移,段内近转移)

依据位移进行转移的 jmp 指令

jmp short 标号(转到标号处执行指令)

这种格式的jmp 指令实现的是段内短转移,它对 IP 的修改范围为-128-127,也就是说,它向前转移时可以最多越过128 个字节,向后转移可以最多越过127 个字节。jmp 指令中的 “short” 符号,说明指令进行的是短转移。jmp 指令中的“标号”是代码段中的标
号,指明了指令要转移的目的地,转移指令结束后,CS:IP 应该指向标号处的指令。

CPU在执行 jmp 指令的时候并不需要转移的目的地址

jmp short 标号 指令所对应的机器码中,并不包含转移的目的地址,而包含的是转移的位移。这个位移,是编译器根据汇编指令中的 “标号” 计算出来的。

实际上,jmp short 标号 的功能为: (IP)-(IP)+8位位移。
(1) 8位位移=标号处的地址-jmp指令后的第一个字节的地址;
(2) short指明此处的位移为8位位移;
(3) 8 位位移的范围为-128~127.用补码表示
(4) 8 位位移由编译程序在编译时算出。

还有一种和 jmp short 标号 功能相近的指令格式,jmp near ptr 标号,它实现的是段内近转移。
jmp near ptr 标号 的功能为: (IP)=(IP)+16位位移。

(1) 16位位移=标号处的地址-jmp指令后的第一个字节的地址;
(2) near ptr 指明此处的位移为16位位移,进行的是段内近转移;
(3) 16 位位移的范围为-32768~32767,用补码表示
(4) 16 位位移由编译程序在编译时算出。

转移的目的地址在指令中的 jmp 指令

jmp far ptr 标号 实现的是段间转移,又称为远转移。功能如下:

  • (CS)=标号所在段的段地址;(IP)=标号在段中的偏移地址
  • far ptr 指明了指令用标号的段地址和偏移地址修改 CS 和 IP

转移地址在寄存器中的 jmp 指令

指令格式:jmp 16位 reg
功能:(IP)=(16 位 reg)

转移地址在内存中的 jmp 指令

有两种格式

  • jmp word ptr 内存单元地址(段内转移)

    功能:从内存单元地址处开始存放一个字,是转移的目的偏移地址
    比如,下面的指令

    1
    2
    3
    mov ax,0123H
    mov ds:[0],ax
    jmp word ptr ds:[0]

    执行后,(IP)=0123H

  • jmp dword ptr 内存单元地址(段内转移)
    功能:从内存单元地址处开始存放两个字,高地址处的字是转移的目的段地址,低地址处是转移的目的偏移地址
    (CS)=(内存单元地址+2)
    (IP)=(内存单元地址)
    比如,下面的指令

    1
    2
    3
    4
    mov ax,0123H
    mov ds:[0],ax
    mov word ptr ds:[2],0
    jmp dword ptr ds:[0]

    执行后,(CS)=0,(IP)=0123H,CS:IP 指向 0000:0123

jcxz 指令

jcxz 指令为有条件转移指令,所有的有条件转移指令都是短转移,在对应的机器码中包含转移的位移,而不是目的地址。对IP的修改范围都为: -128~127。

  • 指令格式: jcxz 标号(如果(cx)=0,转移到标号处执行。)
  • 操作: 当(cx)=0 时,(IP)-(IP)+8 位位移;
  • 8位位移=标号处的地址 - jcxz指令后的第一个字节的地址;
  • 8位位移的范围为 -128-127,用补码表示;
  • 8位位移由编译程序在编译时算出。

当 (cx)!=0 时,什么也不做(程序向下执行)。
我们从 jcxz 的功能中可以看出,jcxz 标号 的功能相当于:

1
it((cx)==0) jmp short 标号;

loop 指令

loop 指令为循环指令,所有的循环指令都是短转移,在对应的机器码中包含转移的位移,而不是目的地址。对IP的修改范围都为:-128-127。

  • 指令格式: loop 标号( (cx)=(cx)-1,如果 (cx) != 0,转移到标号处执行。)
  • 操作:
    1. (cx)=(cx)-l;
    2. 如果(cx)!=0,(IP)=(IP)+8 位位移。
  • 8位位移=标号处的地址-loop指令后的第一个字节的地址;
  • 8 位位移的范围为-128-127,用补码表示;
  • 8位位移由编译程序在编译时算出。

如果(ex)=0,什么也不做(程序向下执行)。
我们从1OOP的功能中可以看出,“loop 标号”的功能相当于:

1
2
(cx)--;
if((cx)!=0) jmp short 标号;

编译器对转移位移超界的检测

注意,根据位移进行转移的指令,它们的转移范围受到转移位移的限制,如果在源程
序中出现了转移范围超界的问题,在编译的时候,编译器将报错。

文章作者: Inno Fang
文章链接: https://innofang.github.io/2017/11/26/汇编语言学习笔记(九):转移指令的原理/
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