Skip to main content

06 指令跳转

CPU 如何执行指令​

写好的代码变成了指令之后，是一条一条顺序执行的 。

CPU 是由一堆寄存器组成的。寄存器是 CPU 内部，由多个触发器（Flip-Flop）或者锁存器（Latches）组成的简单电路。

触发器和锁存器，是两种不同原理的数字电路组成的逻辑门。

N 个触发器或者锁存器，组成一个 N 位（Bit）的寄存器，能够保存 N 位的数据。（64 位 Intel 服务器，寄存器就是 64 位的。）

PC 寄存器（Program Counter Register）​

也叫指令地址寄存器，用来存放下一条需要执行的计算机指令的内存地址。

指令寄存器（Instruction Register）​

用来存放当前正在执行的指令。

条件码寄存器（Status Register）​

用里面的一个一个标记位（Flag），存放 CPU 进行算术或者逻辑计算的结果。

存储数据和内存地址寄存器​

存储数据和内存地址

根据存放的数据内容：整数寄存器、浮点数寄存器、向量寄存器和地址寄存器等等

既可以存放数据，又能存放地址：通用寄存器

一个程序执行的时候，CPU 会根据 PC 寄存器里的地址，从内存里面把需要执行的指令读取到指令寄存器里面执行，然后根据指令长度自增，开始顺序读取下一条指令。一个程序的一条条指令，在内存里面是连续保存的，也会一条条顺序加载。

有些特殊指令 （J 类指令），也就是跳转指令，会修改 PC 寄存器里面的地址值。下一条要执行的指令就不从内存里面顺序加载。这些跳转指令的存在，也是我们可以在写程序的时候，使用 if…else 条件语句和 while/for 循环语句的原因。

程序的执行和跳转​

int r = rand() % 2;
int a = 10;
if (r == 0)
{
  a = 1;
} else {
  a = 2;
}

$ gcc -g -c test.c

$ objdump -d -M intel -S test.o


    if (r == 0)
  3b:   83 7d fc 00             cmp    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
  3f:   75 09                   jne    4a <main+0x4a>
    {
        a = 1;
  41:   c7 45 f8 01 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
  48:   eb 07                   jmp    51 <main+0x51>
    }
    else
    {
        a = 2;
  4a:   c7 45 f8 02 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x2
  51:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
    }

cmp：指令比较前后两个操作数的值

DWORD PTR：操作的数据类型是 32 位的整数

[rbp-0x4]：变量 r 的内存地址

DWORD PTR [rbp-0x4]：从内存里拿到的变量 r 的值

0x0：常量 0 的 16 进制

条件码寄存器：存放 cmp 指令的比较结果

jne： jump if not equal

eax：累加寄存器

Intel CPU 的条件码 ：零标志（ZF，Zero Flag），进位标志（CF，Carry Flag）、符号标志（SF，Sign Flag），溢出标志（OF，Overflow Flag），用在对应的判断条件下。

cmp 指令执行完成之后，PC 寄存器会自动自增，开始执行下一条 jne 的指令。

实现循环​

int main()
{
    int a = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        a += i;
    }
}
    for (int i = 0; i <= 2; i++)
   b:   c7 45 f8 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
  12:   eb 0a                   jmp    1e
    {
        a += i;
  14:   8b 45 f8                mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
  17:   01 45 fc                add    DWORD PTR [rbp-0x8],eax

  1a:   83 45 f8 01             add    DWORD PTR [rbp-0x4],0x1
  1e:   83 7d f8 02             cmp    DWORD PTR [rbp-0x4],0x2
  22:   7e f0                   jle    14
  24:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
    }