作って理解するOS x86系コンピュータを動かす理論と実装：書籍案内｜技術評論社 を読んだメモです．

TL;DR

いくつかのアセンブラ構文の記述例と，その意味についてまとめました．

• if文
• switch ~ case文
• do ~ while文
• for文
• 関数
• メモリのコピー
• メモリの比較

if文の記述

このようなC言語のコードを書きたいとします．

記述例

C言語

if (AX < 3){
	BX = 2;
} else {
	BX = 1;
}

アセンブリ

Test:
	cmp ax, 3
	jae .Fase
.True:
	mov bx, 2
	jmp .End
.False:
	mov bx, 1
.End:

アセンブリは上から実行されるので，Falseを飛ばす仕様になっています．

switch ~ case文

記述例

C言語

switch (AX){
	case 10:
		BX = 1;
		break;
	case 15:
		BX = 2;
		break;
	case 18:
		BX = 3;
		break;
	default:
		BX = 4;
		break;
}
}

アセンブリ

Test:
	cmp ax, 10
	je .C10
	cmp ax, 15
	je .C15
	cmp ax, 18
	je .C18
	jmp .D
.C10:
	mov bx, 1
	jmp .E
.C15:
	mov bx, 2
	jmp .E
.C18:
	mov bx, 3
	jmp .E
.D:
	mov bx, 4
	jmp .E
.E:
	

if文と似た構文です．

do ~ while文

記述例

CX = 5;
do {
	// 様々な処理
} while (--CX);

アセンブリ

	mov cx, 5
Test:
.L:
	; 様々な処理
	loop .L

予めカウントレジスタにループ回数を入れておき，0になるまでデクリメントするやり方ですね．

for文

C言語

for (short int CX = 0; CX < 5; CX++){
	// 様々な処理
}

アセンブリ

Test:
	mov cx, 0
.L:
	cmp cx, 5
	jge .E
	; 様々な処理
	inc cx
	jmp .L
.E:

loopを使わずにwhile文を実装したような構文です．最初に終了条件を入れておきます．

関数

記述例

C言語

int func_16(int x, int y){
	short i = 10;
	short j = 20;
	short AX = x;
	AX += y;
	return 1;
}

アセンブリ

func_16:
	; スタックフレームの構築
	push bp
	mov bp, sp
	sub sp, 2
	push 0
	; 処理の開始
	mov [bp - 2], word 10
	mov [bp - 4], word 20
	
	mov ax, [bp + 4]
	add ax, [bp + 6]
	
	mov ax, 1

	; スタックフレームの破棄
	mov sp, bp
	pop bp
	
	ret

関数を呼び出したときのスタックフレームの動作

色々な記事や本を漁りましたが，わかりやすい表がなかったので自分がまとめました．

用語

• スタックフレーム
  • スタック上にに関数内で使用するローカル変数を定義する構造
• ローカル変数
  • 関数内で使う変数

メモリコピー

記述例

void memcpy(dst, src, size){
	// dst: コピー先
	// src: コピー元
	// size: バイト数
}

アセンブリ

memcpy:
	; スタックフレームの構築
	push bp
	mov bp, sp

	; レジスタの保存(レジスタをローカル変数として使う)
	push cx
	push si
	push di

	; バイト単位でのコピー
	cld  ; DF = 0 (順方向)
	mov di, [bp + 4]  ; コピー先
	mov si, [bp + 6]  ; コピー元
	mov cx, [bp + 8]  ; 実行回数

	rep movsb  ; バイト単位でコピー

	; レジスタの復帰
	pop di
	pop si
	pop cx

	; スタックフレームの破棄
	mov sp, bp
	pop bp

	ret

メモリの比較

記述例

void memcmp(src0, src1, size){
	// src0: アドレス0
	// src1: アドレス1
	// size: バイト数
}

アセンブリ

memcmp:
	; スタックフレームの構築
	push bp
	mov bp, sp

	; レジスタの保存
	push bx
	push cx
	push dx
	push si
	push di

    ; 引数の取得
    cld  ; DF = 0(順方向)
    mov si, [bp + 4]
    mov di, [bp + 6]
	mov cx, [bp + 8]

	; バイト単位での比較
	repe cmpsb  ; ZFが1になる or ZFが1のまま最後までループされる
	jnz .10Z  ; ZFが1なら飛ばす
	; ZF == 0
	mov ax, 0 
	jmp .10E
.10F:
	; ZF == 1
	mov ax, -1
.10E:

	; レジスタの復帰
	pop di
	pop si
	pop dx
	pop cx
	pop bx

	; スタックフレームの破棄
	mov sp, bp
	pop bp

	ret

命令の解説

cmp: 整数値の比較

cmp A B

• A - Bの結果を使ってフラグレジスタを立てる
  • subとは違ってAに演算結果が書き込まれない フラグレジスタの変化は以下の通り．
• OF
  • overflow flag
• SF
  • sign flag
• ZF
  • zero flag
  • A == Bのとき1
• CF
  • carry flag
  • A < Bのとき1

符号なし演算

命令

• JB
  • jump if below
    • CF == 1
    • A < B
• JBE
  • Jump if Below or Equal
    • CF == 1 || ZF == 1
    • A <= B
• JAE
  • Jump if Above or Equal
    • CF == 0
    • A >= B
• JA
  • Jump if Above
    • CF == 1 && ZF == 0
    • A > B それぞれの否定命令 A > Bの否定は，A <= Bになりますね．
• JB
  • JNB
• JBE
  • JNA
• JAE
  • JNB
• JA
  • JNBE

符号あり演算

A < Bを判定するのには，A - Bがオーバーフローせず，SFが1か，オーバーフローして, SFが0なので，SF != OFとかける．このように，少しややこしくなります．

• JL
  • Jump if Less
    • SF != OF
    • A < B
• JLE
  • Jump if Less or Equal
    • ZF == 1 || SF != OF
    • A <= B
• JGE
  • Jump if Greater or Equal
    • SF == OF
    • A >= B
• JG
  • Jump if Greater
    • ZF == 0 && SF == OF
    • A > B それぞれの否定演算
• JL
  • JNGE
• JLE
  • JNG
• JGE
  • JNL
• JG
  • JNLE

LOOP: 繰り返し命令

loop A CXをデクリメントし，Aにジャンプします．

MOVS: データコピー命令

movs

• 使うレジスタ

  • DF
    • Direction Flag
    • 0のときは加算
      • 前向き
    • 1のときは減算
      • 後ろ向き
  • SI
    • 転送元
  • DI
    • 転送先

• サイズ

  • movsb
    • 1バイト
  • movsw
    • 2バイト
  • movsd
    • 4バイト

[DI] = [SI];
SI += SI + <size>;
DI += DI + <size>;

CMPS: データ比較命令

movsと同じレジスタを使う．

FLAGS = CMP([DI], [SI])
SI += SI + <size>;
DI += DI + <size>;

REP: リピートプレフィックス

rep A CXをデクリメントしながら0になるまでAを実行します． loopは，do ~ whileのように，Aを実行してからCXの値をみてジャンプしますが，repは，先にCXの値をみます．したがって，CX=0のとき，repでは一度もAが実行されません．

• 終了条件
  • rep
    • CX == 0
  • repe
    • CX == 0 or ZF == 0
  • repne
    • CX == 0 or ZF == 1

フラグ操作命令(CLD, STD, CLI, STI, CLC, STC)