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汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

7月前 作者：兔子要咬手指 分类：Toy博客 阅读(33) 违法举报

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

        最近在研究汇编的一些基本指令，在研究过程中通过二进制的反编译学习到了不少汇编的函数、堆栈和一些可以提高代码运行速度的机器指令等汇编语言语法。如字符串的复制可以使用MOV指令逐个字符赋值，也可以使用字符串操作指令减少指令数，提高运行速度。

1. 字符串操作指令 

1.1 字符串装载LODS

        转载指令用于将ESI寄存器所指向的字符串的字符装入到累加寄存器，同时调整ESI的值（加或者减所操作的字节数）。包括LODSB、LODSW、LODSD、LODSQ。

Opcode Instruction Op/
En		 64-Bit
Mode		 Compat/
Leg Mode		 Description
AC LODS m8 ZO Valid Valid For legacy mode, Load byte at address DS:(E)S
into AL. For 64-bit mode load byte at address
(R)SI into AL.
AD LODS m16 ZO Valid Valid For legacy mode, Load word at address
DS:(E)SI into AX. For 64-bit mode load word at
address (R)SI into AX.
AD LODS m32 ZO Valid Valid For legacy mode, Load dword at address
DS:(E)SI into EAX. For 64-bit mode load dword
at address (R)SI into EAX.
REX.W + AD LODS m64 ZO Valid N.E. Load qword at address (R)SI into RAX.
AC LODSB ZO Valid Valid For legacy mode, Load byte at address DS:(E)S
into AL. For 64-bit mode load byte at address
(R)SI into AL.
AD LODSW ZO Valid Valid For legacy mode, Load word at address
DS:(E)SI into AX. For 64-bit mode load word at
address (R)SI into AX.
AD LODSD ZO Valid Valid For legacy mode, Load dword at address
DS:(E)SI into EAX. For 64-bit mode load dword
at address (R)SI into EAX.
REX.W + AD LODSQ ZO Valid N.E. Load qword at address (R)SI into RAX.

1.2 字符串存储STOS

        字符串存储指令用于将累加寄存器值存储到EDI所指向的地址，也就是替换字符，同时调整EDI的值（加或者减所操作的字节数）。包括STOSB、STOSW、STOSD、STOSQ。

Opcode Instruction Op/
En		 64-Bit
Mode		 Compat/
Leg Mode		 Description
AA STOS m8 NA Valid Valid For legacy mode, store AL at address ES:(E)DI;
For 64-bit mode store AL at address RDI or
EDI.
AB STOS m16 NA Valid Valid For legacy mode, store AX at address ES:(E)DI;
For 64-bit mode store AX at address RDI or
EDI.
AB STOS m32 NA Valid Valid For legacy mode, store EAX at address
ES:(E)DI; For 64-bit mode store EAX at address
RDI or EDI.
REX.W + AB STOS m64 NA Valid N.E. Store RAX at address RDI or EDI.
AA STOSB NA Valid Valid For legacy mode, store AL at address ES:(E)DI;
For 64-bit mode store AL at address RDI or
EDI.
AB STOSW NA Valid Valid For legacy mode, store AX at address ES:(E)DI;
For 64-bit mode store AX at address RDI or
EDI.
AB STOSD NA Valid Valid For legacy mode, store EAX at address
ES:(E)DI; For 64-bit mode store EAX at address
RDI or EDI.
REX.W + AB STOSQ NA Valid N.E. Store RAX at address RDI or EDI.

1.3 字符串传送MOVS

        字符串传送指令用于将ESI所指向的字符串传送到EDI所指向的地址，同时调整ESI和EDI的值（加或者减所操作的字节数）。包括MOVSB、MOVSW、MOVSD、MOVSQ。

Opcode Instruction Op/
En		 64-Bit
Mode		 Compat/
Leg Mode		 Description
A4 MOVS m8, m8 ZO Valid Valid For legacy mode, Move byte from address
DS:(E)SI to ES:(E)DI. For 64-bit mode move
byte from address (R|E)SI to (R|E)DI.
A5 MOVS m16, m16 ZO Valid Valid For legacy mode, move word from address
DS:(E)SI to ES:(E)DI. For 64-bit mode move
word at address (R|E)SI to (R|E)DI.
A5 MOVS m32, m32 ZO Valid Valid For legacy mode, move dword from address
DS:(E)SI to ES:(E)DI. For 64-bit mode move
dword from address (R|E)SI to (R|E)DI.
REX.W + A5 MOVS m64, m64 ZO Valid N.E. Move qword from address (R|E)SI to (R|E)DI.
A4 MOVSB ZO Valid Valid For legacy mode, Move byte from address
DS:(E)SI to ES:(E)DI. For 64-bit mode move
byte from address (R|E)SI to (R|E)DI.
A5 MOVSW ZO Valid Valid For legacy mode, move word from address
DS:(E)SI to ES:(E)DI. For 64-bit mode move
word at address (R|E)SI to (R|E)DI.
A5 MOVSD ZO Valid Valid For legacy mode, move dword from address
DS:(E)SI to ES:(E)DI. For 64-bit mode move
dword from address (R|E)SI to (R|E)DI.
REX.W + A5 MOVSQ ZO Valid N.E. Move qword from address (R|E)SI to (R|E)DI.

 1.4 字符串扫描SCAS

        字符串扫描指令用于将累加寄存器的内容与EDI所指向的字节、双字或四字进行比较，并调整EDI的值（加或者减所操作的字节数）。包括SCASB、SCASW、SCASD、SCASQ。

Opcode Instruction Op/
En		 64-Bit
Mode		 Compat/
Leg Mode		 Description
AE SCAS m8 ZO Valid Valid Compare AL with byte at ES:(E)DI or RDI, then
set status flags.*
AF SCAS m16 ZO Valid Valid Compare AX with word at ES:(E)DI or RDI, then
set status flags.*
AF SCAS m32 ZO Valid Valid Compare EAX with doubleword at ES(E)DI or
RDI then set status flags.*
REX.W + AF SCAS m64 ZO Valid N.E. Compare RAX with quadword at RDI or EDI
then set status flags.
AE SCASB ZO Valid Valid Compare AL with byte at ES:(E)DI or RDI then
set status flags.*
AF SCASW ZO Valid Valid Compare AX with word at ES:(E)DI or RDI then
set status flags.*
AF SCASD ZO Valid Valid Compare EAX with doubleword at ES:(E)DI or
RDI then set status flags.*
REX.W + AF SCASQ ZO Valid N.E. Compare RAX with quadword at RDI or EDI
then set status flags.

 1.5 字符串比较CMPS

        字符串比较指令用于将ESI所指向的数据与EDI所指向的数据进行比较，同时调整ESI和EDI的值（加或者减所操作的字节数）。包括CMPSB、CMPSW、CMPSD、CMPSQ。

Opcode Instruction Op/
En		 64-Bit
Mode		 Compat/
Leg Mode		 Description
A6 CMPS m8, m8 ZO Valid Valid For legacy mode, compare byte at address DS:(E)SI with
byte at address ES:(E)DI; For 64-bit mode compare byte
at address (R|E)SI to byte at address (R|E)DI. The status
flags are set accordingly.
A7 CMPS m16, m16 ZO Valid Valid For legacy mode, compare word at address DS:(E)SI
with word at address ES:(E)DI; For 64-bit mode
compare word at address (R|E)SI with word at address
(R|E)DI. The status flags are set accordingly.
A7 CMPS m32, m32 ZO Valid Valid For legacy mode, compare dword at address DS:(E)SI at
dword at address ES:(E)DI; For 64-bit mode compare
dword at address (R|E)SI at dword at address (R|E)DI.
The status flags are set accordingly.
REX.W + A7 CMPS m64, m64 ZO Valid N.E. Compares quadword at address (R|E)SI with quadword
at address (R|E)DI and sets the status flags accordingly.
A6 CMPSB ZO Valid Valid For legacy mode, compare byte at address DS:(E)SI with
byte at address ES:(E)DI; For 64-bit mode compare byte
at address (R|E)SI with byte at address (R|E)DI. The
status flags are set accordingly.
A7 CMPSW ZO Valid Valid For legacy mode, compare word at address DS:(E)SI
with word at address ES:(E)DI; For 64-bit mode
compare word at address (R|E)SI with word at address
(R|E)DI. The status flags are set accordingly.
A7 CMPSD ZO Valid Valid For legacy mode, compare dword at address DS:(E)SI
with dword at address ES:(E)DI; For 64-bit mode
compare dword at address (R|E)SI with dword at
address (R|E)DI. The status flags are set accordingly.
REX.W + A7 CMPSQ ZO Valid N.E. Compares quadword at address (R|E)SI with quadword
at address (R|E)DI and sets the status flags accordingly.

2. 示例

        如下的字符串复制函数C代码在经过编译器编译后，不同的编译器和编译参数将产生不同的机器码，代码中的dst[n] = src[n]语句经过编译后可能会使用到字符串操作指令。以下是casm.c源文件中的copy_str函数：

void copy_str(void)
{
	char src[32] = "this is a string";
	char dst[32] = "";
	
	for(int n = 0; n < 32; n++)
	{
		dst[n] = src[n];
	}
	
	printf("copy_str called: %s\n", dst);
}

        本文编译示例代码使用的CL编译器的版本是用于 x86 的 Microsoft (R) C/C++ 优化编译器 19.29.30133 版，GCC版本是4.7.2。 

2.1 微软CL编译

2.1.1 不使用优化

        在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序：

CL /c casm.c
LINK /SUBSYSTEM:CONSOLE /RELEASE casm.obj

         不使用优化生成的机器码如下图所示，CL编译器使用多条MOV指令来复制字符串：

汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

2.1.2 使用O1优化（优选空间）

        在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序：

CL /c /O1 /GA /w /TC /nologo /Fo casm.c
LINK /SUBSYSTEM:CONSOLE /RELEASE casm.obj

        示例copy_str函数编译后对应的机器码如下图所示，可以看到地址为0x00AC1048等地址使用5次MOVS指令复制了17字符“this is a string"，0x00AC1050、0x00AC1054等地址使用了5次STOS指令来将后面的15个字节置为0。如下图所示：

汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

2.1.3 使用O2优化（优选速度）

        在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序：

CL /c /O2 /GA /w /TC /nologo /Fo casm.c
LINK /SUBSYSTEM:CONSOLE /RELEASE casm.obj

         CL编译器采用O2选项编译后的机器码如下图所示，代码非常精简，使用MOVAPS（Move Aligned Packed Single-Precision Floating-Point Values）指令复制字符串，如下图所示：

汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

2.2 GCC编译

2.2.1 不使用优化

        在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序：

gcc -std=c99 .\casm.c -o .\casmgcc.exe

         使用gcc编译后的机器码如下图所示，使用了REP指令和MOVS指令逐个复制字符串，MOVS共计执行17次，如下图所示：

汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

2.2.2 使用O1优化

        在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序：

gcc -std=c99 -O1 .\casm.c -o .\casmgcc.exe

         使用gcc编译后的机器码如下图所示，使用了REP指令和MOVS指令逐个复制字符串，MOVS共计执行17次，为了调用printf函数，gcc还重新分配了stack空间并调用了43次STOS指令,如下图所示：

汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

2.2.3 使用O2优化

         在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序：

gcc -std=c99 -O2 .\casm.c -o .\casmgcc.exe

         生成的机器码如下图所示，可以看到和使用O1优化所生成的机器码基本一样，也是使用了17次MOVS指令复制字符串，如下图所示：

汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

3. 总结 

        字符串操作指令可以简化字符串的拷贝等操作，CL和GCC编译器各具特色，CL编译器的O2优化可以生成非常精简的机器码。另外，GCC编译器在处理字符串复制操作时，其使用的指令数多于CL编译器。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-462350.html

到了这里，关于汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！

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