x86-64指令系统

Posted 2021-01-07 chenxuming

x86-64指令系统概述

x86-64中各类数据的长度

x86-64的通用寄存器

新增8个64位通用寄存器（整数寄存器）
    • R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14和R15。
    • 可作为8位（R8B~R15B）、16位（R8W~R15W）或
    32位寄存器（R8D~R15D）使用
– 所有GPRs都从32位扩充到64位
    • 8个32位通用寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、EBP、
    ESP、ESI和 EDI对应扩展寄存器分别为RAX、RBX、
    RCX、RDX、RBP、RSP、RSI和RDI
    • EBP、ESP、ESI和 EDI的低8位寄存器分别是BPL、SPL
    、SIL和DIL
    • 可兼容使用原AH、BH、CH和DH寄存器
（    使原来IA-32中的每个通用寄存器都可以是8位、16位、
    32位和64位，如：SIL、SI、ESI、RSI）

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指令可直接访问16个64位寄存器：RAX、RBX、RCX、RDX、
RBP、RSP、RSI、RDI，以及R8~R15
– 指令可直接访问16个32位寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、EBP
、ESP、ESI、EDI，以及R8D~R15D
– 指令可直接访问16个16位寄存器：AX、BX、CX、DX、BP、SP、
SI、DI，以及R8W~R15W
– 指令可直接访问16个8位寄存器：AL、BL、CL、DL、BPL、SPL
、SIL、DIL，以及R8B~R15B
– 为向后兼容，指令也可直接访问AH、BH、CH、DH
– 通过寄存器传送参数，因而很多过程不用访问栈，因此，与IA-32
不同，x86-64不需要帧指针寄存器，即RBP可用作普通寄存器使用
– 程序计数器为64位寄存器RIP

x86-64的地址和寻址空间

字长从32位变为64位，64位（8B）数据被称为一个四字（qw: quadword）
– 逻辑地址最长可达为64位，即理论上可访问的存储空
间达264字节或16EB（ExaByte）
– 编译器为指针变量分配64位（8B）
– 基址寄存器和变址寄存器都应使用64位寄存器
– 但实际上，AMD和Intel的x86-64仅支持48位虚拟地
址，因此，程序的虚拟地址空间大小为248=256TB

x86-64中数据的对齐

各类型数据遵循一定的对齐规则，而且更严格
– 存储器访问接口被设计成按8字节或16字节为单位进行
存取，其对齐规则是，任何K字节宽的基本数据类型和
指针类型数据的起始地址一定是K的倍数。
    • short型数据必须按2字节边界对齐
    • int、float等类型数据必须按4字节边界对齐
    • long、double、指针型变量必须按8字节边界对齐
    • long double型数据必须按16字节边界对齐

x86-64的基本指令

数据传送指令（助记符“q”表示操作数长度为四字（即64位））
    movabsq I, R：将64位立即数送64位通用寄存器
    movq：传送一个64位的四字
    movsbq、movswq、movslq：将源操作数进行符号扩展并传送
到一个64位寄存器或存储单元中
    movzbq、movzwq：将源操作数进行零扩展后传送到一个64位寄
存器或存储单元中
    movl：的功能相当于movzlq指令
    pushq S：R[rsp]←R[rsp]-8; M[R[rsp]] ←S
    popq D： D← M[R[rsp]]; R[rsp]←R[rsp]-8
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常规的算术逻辑运算指令
只要将原来IA-32中的指令扩展到64位即可。例如：
– addq（四字相加）
– subq（四字相减）
– incq（四字加1）
– decq（四字减1）
– imulq（带符号整数四字相乘）
– orq（64位相或）
– salq（64位算术左移）
– leaq（有效地址加载到64位寄存器）

算术逻辑指令

x86-64的过程调用

看一个简单的例子

 

x86-64过程调用的参数传递

– 通过通用寄存器传送参数，很多过程不用访问栈，故执行时间
比IA-32代码更短
– 最多可有6个整型或指针型参数通过寄存器传递
– 超过6个入口参数时，后面的通过栈来传递
– 在栈中传递的参数若是基本类型，则都被分配8个字节
– call（或callq）将64位返址保存在栈中之前，执行R[rsp]←R[rsp]-8
– ret从栈中取出64位返回地址后，执行R[rsp]←R[rsp]+8 

x86-64过程调用举例