X86汇编基础指令详解：寄存器与常见指令操作指南

寄存器详解：汇编编程的核心组件

寄存器是CPU内部用于暂存数据、地址及指令执行信息的高速存储单元，在汇编编程中扮演着至关重要的角色。不同处理器架构下的寄存器种类、数量和功能各有差异。

通用寄存器分类与功能

以下是X86架构下通用寄存器的尺寸对应关系：

64位	32位	16位	8位
RAX	EAX	AX	AL
RCX	ECX	CX	CL
RDX	EDX	DX	DL
RBX	EBX	BX	BL
RSP	ESP	SP	AH
RBP	EBP	BP	CH
RSI	ESI	SI	DH
RDI	EDI	DI	BH

8位通用寄存器

这些寄存器在16位、32位、64位模式下有不同的表现形式：

• AL, BL, CL, DL, AH, BH, CH, DH：均为8位通用寄存器。
  • AL、BL、CL、DL为低8位寄存器。
  • AH、BH、CH、DH分别对应AX、BX、CX、DX这几个16位寄存器的高8位（例如AX由AH和AL组成）。
  • 常用于存放临时字节数据，执行8位的算术运算（如ADD AL, 5）、逻辑运算（如AND AL, 0xF0）以及数据传输（如MOV BL, [SI]）等操作。

16位通用寄存器

在32位和64位模式下也可按特定规则使用：

• AX, BX, CX, DX
  • AX（Accumulator Register，累加器寄存器）：许多算术和逻辑运算的默认操作数和结果存放位置。例如，在执行无符号乘法指令MUL时，对于字节乘法，AL存放一个操作数，结果的低8位存回AL，高8位存放在AH中；对于字乘法，AX存放一个操作数，结果的低16位存回AX，高16位存放在DX中。输入输出操作也常使用AX传递数据。
  • BX（Base Register，基址寄存器）：常作为内存寻址时的基地址寄存器。例如在访问数组元素时，若数组起始地址存放在BX中，可通过MOV AX, [BX + SI]（SI存放索引值）访问数组元素。
  • CX（Count Register，计数寄存器）：在循环操作、重复的数据串操作中起关键作用。例如，在使用带有REP前缀的指令（如REP MOVSB）时，CX存放重复操作的次数，每执行一次操作，CX值自动减1，直到为0。
  • DX（Data Register，数据寄存器）：在乘法运算中与AX配合存放结果（高位数据），在除法运算中也起作用。例如在执行无符号除法DIV指令时，对于字除法，被除数放在DX和AX组成的32位数据中（DX高位，AX低位），商存回AX，余数存放在DX中。也用于一些输入输出端口操作。
• SI, DI
  • SI（Source Index Register，源索引寄存器）：在数据串操作指令中指示源操作数的内存地址。例如执行MOVSB（复制字节串）、MOVSW（复制字串）时，SI指向要复制的源数据起始位置。
  • DI（Destination Index Register，目的索引寄存器）：在数据串操作指令中指示目的操作数的内存地址。例如执行MOVS系列指令时，DI指向目标数据要存放的起始位置。
• BP, SP
  • BP（Base Pointer Register，基址指针寄存器）：常用于函数调用过程中管理函数的栈帧结构。在函数内部，可通过BP及相对于BP的偏移量来访问函数的参数、局部变量等数据在堆栈中的位置，例如MOV AX, [BP - 4]。
  • SP（Stack Pointer Register，堆栈指针寄存器）：始终指向堆栈的顶部位置。随着数据的压入（PUSH）和弹出（POP），SP的值会相应减小或增大（16位数据变化2字节，32位数据变化4字节），用于精确控制堆栈数据的存储和访问顺序，保证“后进先出”原则。

32位通用寄存器

在64位模式下也有相应的兼容使用方式：

• EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, ESP：这些是对应16位通用寄存器的32位扩展，功能类似，但能处理32位数据。在进行32位的算术运算（如ADD EAX, EBX）、逻辑运算、数据传输及内存寻址时使用。在函数调用中，参数传递、返回值存放等也常涉及这些寄存器。它们是32位系统环境下编程的主要操作对象。
  • 数据寄存器：EAX（累加）、EBX（基址）、ECX（计数）、EDX（数据）。
  • 变址寄存器：ESI（源地址指针）、EDI（目的地址指针）。
  • 指针寄存器：ESP（堆栈指针）、EBP（基址指针）。
  • 指令指针寄存器：EIP，存放下一条指令在代码段的偏移量。
  • 标志寄存器：如EFLAGS，包含进位标志CF、零标志ZF、溢出标志OF等，反映运算结果状态。

深入了解CPU寄存器是掌握系统编程和底层优化的基础。

64位通用寄存器

主要用于64位架构编程：

• RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, RBP, RSP：在64位架构下功能更加强大。例如，RAX作为累加器存放运算结果及函数返回值；RBX可作为稳定的基址寄存器；RCX在循环中作为计数器；RDX配合RAX处理乘除法的高位数据；RSI和RDI用于数据串操作的地址指示；RBP管理函数栈帧；RSP控制堆栈指针。它们为64位环境下的高精度计算、大容量内存访问及复杂程序逻辑提供了有力支持。

汇编指令详解与实践

本文将使用OD（OllyDbg）动态调试器进行指令演示。

MOV指令：数据传送

MOV指令可以在寄存器之间、寄存器与内存之间、立即数与寄存器或内存之间传送数据。

例如，将内存地址0x19FF70处的数值（一个双字）传送给EBX寄存器。

mov ebx, dword ptr [0x19FF70]

也可以实现寄存器之间的数据传送，例如将EAX的值传给EDX。

mov edx, eax

同样，可以将寄存器的值传送到某个内存地址。

mov dword ptr [0x19FF74], eax

还可以传送立即数到寄存器。

mov eax, 1

MOVS系列指令：内存区域数据复制

MOVSD：复制双字（32位）

MOVSD用于在内存的两个区域之间复制一个双字（4字节）数据。它常与REP前缀配合用于复制数组或结构体。

在执行MOVSD指令前，目标内存区域（0x19FF90起始）的数值均为0。

movsd

执行后，源地址（由ESI指向）的4字节数据被复制到目的地址（由EDI指向），并且ESI和EDI寄存器会根据方向标志DF的值自动增加或减少4。

MOVSW：复制字（16位）

MOVSW用于复制一个字（2字节）数据。
执行前，ESI为0x19FF74，EDI为0x19FF96。

movsw

执行后，0x19FF74处的值FCC9被复制到0x19FF96处，ESI和EDI各增加2。

MOVSB：复制字节（8位）

MOVSB用于复制一个字节数据。

movsb

修改方向标志DF
DF标志位默认为0，执行一次MOVSD指令后ESI/EDI会增加4。若将DF修改为1，则执行一次MOVSD后ESI/EDI会减少4。

STOS指令：将数据存储到内存

STOS指令将EAX（或其部分）的值存储到由EDI指向的内存单元，并自动更新EDI。

• STOSB：存储AL中的一个字节，EDI变化1。
• STOSW：存储AX中的一个字，EDI变化2。
• STOSD：存储EAX中的一个双字，EDI变化4。
  变化方向由DF标志决定（增加或减少）。

执行STOSD指令前，EDI指向0x19FF94，EAX值为0x11111111。

stosd

执行后，0x11111111被存入0x19FF94起始的4字节内存。由于DF=0，EDI增加了4，指向0x19FF98。

算术与逻辑运算指令

ADD：加法运算

ADD指令将源操作数与目标操作数相加，结果存回目标操作数。

寄存器与立即数相加
将EAX寄存器的值（0x00000000）与立即数10相加，结果存回EAX。

add eax, 0xA

执行后，EAX的值变为0x0000000A。

寄存器与寄存器相加
EAX原值为0x00000010，ECX为0x00000020，相加后EAX变为0x00000030。

add eax, ecx

内存单元与寄存器相加
内存地址0x19FF70处的值为0x00000010，EAX的值为0x00000030，相加后结果为0x00000040，存回该内存地址。

执行后，内存0x19FF70处的值更新为0x00000040。

其他运算指令

以下指令格式与ADD类似：

• SUB：减法运算。从目标操作数中减去源操作数。
• AND：逻辑与运算。按位进行“与”操作，仅当两对应位都为1时结果位为1。
• OR：逻辑或运算。按位进行“或”操作，只要有一个对应位为1，结果位就为1。
• XOR：逻辑异或运算。按位进行“异或”操作，两对应位不同时结果为1，相同时为0。
• NOT：按位取反运算。单操作数指令，将操作数的每一位取反（0变1，1变0）。

堆栈操作指令

程序运行时，操作系统会为其分配一块堆栈空间。堆栈遵循“后进先出”（LIFO）原则，通常从高地址向低地址生长。

ESP（堆栈指针寄存器）始终指向堆栈的顶部。在32位平台上，每次压入一个双字数据，ESP减少4字节。

查看ESP地址，其上方未使用的堆栈区域值为0，等待PUSH指令压入数据。

PUSH：数据压栈

PUSH指令将指定操作数压入堆栈，并更新ESP指针（减少相应字节数）。

将EAX寄存器中的值0x11111111压入堆栈。执行后，ESP从0x19FF74减4变为0x19FF70，该地址处存储了压入的数据。

执行后，数据被成功压入0x19FF70地址。

也可以将内存中的数据压栈。例如，将地址0x19FF94处的值0x99999999压入堆栈，同样会使ESP减4。

POP：数据出栈

POP指令与PUSH相反，它将堆栈顶部的数据弹出，传送到指定操作数，并更新ESP指针（增加相应字节数）。

将当前栈顶（ESP指向的0x19FF74）的数据弹出，存入EAX寄存器。执行后，EAX获得该值，同时ESP加4，指向新的栈顶0x19FF78。

执行后，EAX值被更新，ESP上移。

也可以将栈顶数据弹出到指定的内存地址。

堆栈操作是函数调用、局部变量管理和程序流程控制的基础，理解其机制对于软件调试和逆向工程至关重要。