引言
最近LZ有些略忙，因此这一章拖的时间有点久，不知道有没有猿友在跟着看呢，LZ觉得应该几乎没有吧。毕竟这实在是一本乍一看十分枯燥的书，不过随着慢慢的深入，不知道有没有猿友慢慢找到了一点感觉呢。
本章我们来看一个特别有趣的内容，就是汇编级别的语言，如何利用寄存器实现if/for/while这些高级语言的流程控制，LZ只能说这实在是十分神奇。在没有接触这部分内容的时候，LZ打死也没有想到，原来平时的流程控制是这样实现的。接下来，各位猿友就和LZ一起见证这奇迹吧。
条件码寄存器
这个子标题在之前就提到过，条件码寄存器与普通的寄存器不同，它们都是1位寄存器，换句话说，它们当中的值只有0和1。当有算术与逻辑操作发生时，这些条件码寄存器当中的值会相应的发生变化，这算是比较神奇的地方吧。
书中列出了四种常用的寄存器，它们的名字与作用分别如下所述，以下是LZ的理解。
CF：进位标志寄存器，它记录无符号操作的溢出，当溢出时会被设为1。
ZF：零标志寄存器，当计算结果为0时将会被设为1。
SF：符号标志寄存器，当计算结果为负数时会被设为1。
OF：溢出标志寄存器，当计算结果导致了补码溢出时，会被设为1。
从上面寄存器的简单说明可以看出，ZF和SF可以判断结果的符号，而CF和OF可以判断无符号和补码的溢出。而我们平时使用的高级程序语言，就仅仅靠这四个寄存器，就可以演化出千变万化的流程控制。这尤其要感谢GCC的作者，个人觉得高级语言的编译实在是一件特别伟大并且有难度的工作。
改变条件码寄存器的值
通常情况下，条件码寄存器的值无法主动被改变，它们大多时候是被动改变，这算是条件码寄存器的特色。这其实理解起来并不困难，因为条件码寄存器是1位的，而我们的数据格式最低为b，也就是8位，因此你无法使用任何数据传送指令去传送一个单个位的值。
几乎所有的算术与逻辑指令都会改变条件码寄存器的值，不过改变的前提是触发了条件码寄存器的条件。比如对于subl %edx,%eax这个减法指令，假设%edx和%eax寄存器的值都为0x10，则两者相减的结果为0，此时ZF寄存器将会被自动设为1。对于其它的指令运算，都是类似的，会根据结果的不同而设置不同的条件码寄存器。
特殊的测试指令
上面已经提到，在进行算术与逻辑操作时，条件码寄存器的值可能随之改变。这里介绍两个比较特别的测试指令，它们不改变普通寄存器或者存储器的值，只是为了设置条件码寄存器的值。这算是唯二两个可以主动设置条件码寄存器的指令，它们分别是cmp以及test指令。
cmp是compare的意思，它有两个操作数，比如cmp S2，S1，最终会基于S1-S2的值去设置条件码寄存器的值。而对于test来说是类似的，对于test S2，S1来说，它将基于S1&S2去设置条件码寄存器的值。另外需要一提的是，两者都需要加数据格式后缀，比如b、w、l这些后缀。
举个简单的例子，对于cmpl %edx，%eax这个指令来讲，假设%edx的值为y，%eax的值为x。则当x=y时，ZF将会被置为1。当x<y时，SF将会被置为1。而当x>y时，ZF和SF将同时为0。对于test指令来讲，则相对特别一点，它经常用于判断一个数是正数、负数，或者是0。当test用来判断一个数的正负零时，两个操作数为同一个，也就是说testl %eax，%eax可以用来判断%eax寄存器当中的值是正数、负数还是0。因此testl %eax，%eax就相当于cmpl $0，%eax这个指令。
对于testl %eax，%eax这个指令，或许有的猿友会比较容易蒙，想不明白它如何判断一个数到底是正是负还是零。其实这个道理是非常简单的，只是有时候会一时转不过来，当两个操作数相同时，则经过“与运算”以后还是它自身。此时系统会根据计算结果去设置条件码，而结果又是它自身，因此其实就相当于根据这个数的正负零去设置条件码，这样就可以判断出这个数的正负了。就像cmpl $0，%eax一样，在减去0之后，还是它自身，然后根据自身的正负零去设置条件码寄存器。
访问条件码寄存器
对于普通寄存器来讲，使用的时候一般是直接读取它的值，而对于条件码寄存器来说，则不一定非要读取它的值才能使用。对于条件码寄存器来讲，有三种使用方式，都可以让它发挥作用。
1、可以根据条件码寄存器的某个组合，将一个字节设置为0或1，其实这个就相当于读值。
2、可以直接条件跳转到程序的某个其它的部分。
3、可以有条件的传送数据。
这里面第一种方式其实就是普通寄存器的用法，直接读取条件码寄存器的值，然后进行使用。对于第二和第三种来说，就不是这样了，它们不会显示的读取条件码寄存器的值，而是直接使用。
条件码寄存器的组合
本章最难的地方，就在于如何将条件码寄存器的组合与条件联系起来。只要理解了这一点，那么条件码寄存器就算是基本掌握了，因为下面即将介绍的三种使用方式，都是基于这种组合去设计的。接下来LZ就一个一个的去介绍这些组合，以及它们为何会代表相应的条件。由于本文是LZ自主设计的，因此这里有必要对下面出现的格式进行一下简单的说明。
首先要说明的一点是，对于所有的组合都基于a-b这样的前提，也就是说条件码寄存器的值是经过了一个减运算设置后的值。例如，对于【e->ZF】这样的形式，代表的意思是字母e作为后缀时，则以ZF的值为1视为条件成立。
比如我们最容易理解的je指令，它代表的是“相等则跳转”。j是跳转的意思，e则是条件码的组合，代表英文equals，因为我们基于a-b去设置条件码寄存器，因此当ZF为1时，代表a等于b。因此ZF条件码寄存器就是相等的条件码组合，而je就代表相等则跳转，就像if(a==b){block}这样的代码所代表的意思。
接下来，LZ将一一介绍这些组合，这些内容还是比较重要的，并且其中的某一些组合有一定的难度。
1、e->ZF（相等）：e是equals的意思。这里代表的组合是ZF，因为ZF在结果为0时设为1，即a-b=0，也就是说a==b。因此ZF代表的意义是相等。
2、ne->~ZF（不相等）：ne是not equals的意思。这里代表的组合是~ZF，也就是ZF做“非运算”，则很明显是不相等的意思。
3、s->SF（负数）：s这里没什么实际意义，因为负数的直译是negative number，首字母是n，这与not的首字母重复了，因此这里就取了SF条件码寄存器的首个字母（纯属LZ的猜测，无权威证明，不过LZ自我感觉应该八九不离十，0.0）。这里代表的组合是SF，因为SF在计算结果为负数时设为1，此时可以认为b为0，即a<0。因此这里是负数的意思。
4、ns->~SF（非负数）：与s相反，加上n则是not的意思，因此这里代表非负数。
5、l->SF^OF（有符号的小于）：l代表的是less。这里的组合是SF^OF，即对SF和OF做“异或运算”。“异或运算”的意思则是代表，SF和OF不能相等。那么有两种情况，当OF为0时，则代表没有溢出，此时SF必须为1，SF为1则代表结果为负。即a-b<0，也就是a<b，也就是小于的意思。当OF为1时，则代表产生了溢出，而此时SF必须为0，也就是说结果最后为正数，那么此时则是负溢出，也可以得到a-b<0，即a<b。综合前面两种情况，SF^OF则代表小于的意思。
6、le->(SF^OF)|ZF（有符号的小于等于）：le是less equals的意思。有了前面小于的基础，这里就很容易理解了。SF^OF代表小于，ZF代表等于，因此两者的“或运算”则代表小于等于。
7、g->~(SF^OF)&~ZF（有符号的大于）：g是greater的意思。这里的组合是~(SF^OF)&~ZF，相对来说就比较复杂了。不过有了前面的铺垫，这个也非常好理解。SF^OF代表小于，则~(SF^OF)代表大于等于，而~ZF代表不等于，将~(SF^OF)与~ZF取“与运算”，则代表大于等于且不等于，也就是大于。
8、ge->~(SF^OF)（有符号的大于等于）：ge是greater equals的意思。这个组合就不需要再解释了吧。
9、b->CF（无符号的小于）：b是below的意思。CF是无符号溢出标志，这里的意思是指如果a-b结果溢出了，则代表a是小于b的，即a<b。其实这个结论很显然，关键点就在于，无符号减法只有在减出负数的时候才可能溢出，也就是说只要结果溢出了，那么一定有a-b<0。因此这个结论就显而易见了。
10、be->CF|ZF（无符号的小于等于）：这里是below equals的意思。因此这里会与ZF计算“或运算”，字面上也很容易理解，即CF（小于）|（或）ZF（等于），也就是小于等于。
11、a->~CF&~ZF（无符号的大于）：a代表的是above。这个组合也是非常好理解的，CF代表小于，则~CF代表大于等于，~ZF代表不等于，因此~CF&~ZF则代表大于等于且不等于，即大于。
12、ae->~CF（无符号的大于等于）：ae是above equals的意思。至于这个组合的意义，相信也不需要解释了吧。
以上则是几乎所有的条件码寄存器组合，如果你完全理解了上面的组合，那么接下来的一系列指令会非常简单。它们只是基于条件码的组合，进行设值、跳转、传送的操作而已。从形式上来讲，上面这些组合与数据格式中的b、w、l的用法非常相似。
条件设值指令：set指令
set指令是将条件码组合的值，设置到指定的目的操作数，值得注意的是，set指令中的目的操作数，只能是单字节的寄存器或者存储器中单字节的位置。在书中有set指令族的图表，LZ这里直接贴出来，各位结合着上面的条件码组合来看，会显得非常简单。
各位猿友注意到了吧，将set指令后面加上12种组合，就成了表中的12个指令，这是不是很像数据格式的后缀呢（不过要注意，它们是有严格区别的）。
这里LZ举一个简单的例子，就算是对set指令做一个简单的介绍。对于setae %al指令来说，%al是%eax寄存器中的最后一个字节，这个指令的含义是，将~CF的值设置到%eax寄存器的最后一个字节。
条件跳转指令：jmp指令
这个指令是我们程序实现流程控制的关键指令，它可以直接将程序跳转到指定的位置，又或者根据条件码寄存器的组合进行条件跳转。这个指令比较符合我们思维的惯性，接下来LZ将书中的指令表列出，然后再做针对性的解释。
可以看到，除了两个jmp指令之外，其余指令均是由j与条件码的组合组成的，因此除了第一个jmp直接跳转指令以及第二个jmp间接跳转指令之外，剩下的12个都是条件跳转指令，它们基于条件码寄存器的组合进行跳转。这些指令并没有太大难度，因此LZ这里就不详细介绍了。
总的来说，跳转指令的地址编码一般有两种，第一种是基于PC的，第二种则是绝对地址。基于PC（程序计数器）则是指给出一个偏移量，这个偏移量基于当前下一条指令的地址，也就是PC当中的值，这是一种最常用的方式。绝对地址则比较简单，它将直接给出存储器当中代码的位置。这里比较难理解的是基于PC的偏移量方式，因此LZ这里再稍微详细的介绍一下。
基于PC的偏移量寻址
相信大部分都听说过这样的说法，PC（程序计数器）会一直指向程序的下一条指令，因此这里所说的PC的相对位置，则是指跳转指令会附带一个偏移量，而这个偏移量与PC值的和则刚好指向跳转的位置。为了理解起来简单，LZ这里举个简单的例子，我们考虑下面一段代码，这是一个非常简单的取两数最小值的方法。
int min(int a,int b){
if( a < b ){
return a;
}else{
return b;
}
}
我们将其命名为jmp.c，并使用-O1和-S参数去编译它，我们将会得到以下汇编代码。
.file "jmp.c"
.text
.globl min
.type min, @function
min:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %edx
movl 12(%ebp), %eax
cmpl %edx, %eax
jle .L2
movl %edx, %eax
.L2:
popl %ebp
ret
.size min, .-min
.ident "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5.1) 4.4.3"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
如果各位猿友从前面一直看过来的话，那么理解上面这一段汇编代码会非常简单。其中a和b分别存储在栈顶+8和+12的位置，这里比较了b-a的值，如果b小于等于a则返回b，否则返回a，很明显，这里判断的是else的条件。可以看到，在汇编代码当中，jmp族指令会使用标签指示跳转地址，比如上面出现过的.L2。
不过经过汇编器处理之后，标签将不会再存在，此时会使用上面所说的PC偏移量记录跳转地址。接下来，LZ就带各位看一下这个偏移量寻址的方式。我们可以使用-O1和-c编译jmp.c，并使用objdump加-d参数去查看jmp.o，这样会得到下面的反汇编代码。
jmp.o: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
00000000 <min>:
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp
3: 8b 55 08 mov 0x8(%ebp),%edx
6: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax
9: 39 d0 cmp %edx,%eax
b: 7e 02 jle f <min+0xf>
d: 89 d0 mov %edx,%eax
f: 5d pop %ebp
10: c3 ret
可以看到，这里面的指令序列与刚才的一模一样，因为我们采取了同样的优化等级-O1。值得注意的是，在第b行的指令jle中，跳转的偏移地址是f，其实这个地址是通过偏移量计算出来的，也就是下图中标红的两个位置相加得到的。
可以看到，这两者加到一起刚好是f，值得注意的是，在真正的二进制序列当中，是不存在f这样的地址的（实际上，f同样是一个偏移量）。换句话说，7e代表jle指令，02则是指令的参数或者说操作数。为了证明这一点，我们可以使用hexdump加-C参数查看jmp.o，各位仔细看LZ标红的地方。
这下比较清楚了吧，当碰到7e指令（即jle）时，会检查后面的偏移量，结果一看是02，于是在条件满足的前提下，会跳过两个字节执行接下来的指令，也就是5d（即pop指令）。我们不难计算出，5d的位置刚好是89（即mov指令）这个指令的位置加2，而89此时正是PC的值，因为PC指向程序的下一条指令位置，而89刚好就是下一条指令。
流程控制展示
上面我们已经搞清楚了jmp指令族的一些常规内容，接下来，我们使用一个综合的程序，来看一下jmp指令族如何实现if/else、for、while、do/while以及switch语句。这部分内容相对比较简单，因此LZ不会详细介绍。其实困难的部分都在上面呢，能看到这里，说明你已经拿下了最难的部分。
以下是LZ杜撰的一个C程序，请不要揣测它的含义，LZ很明确的告诉各位，这段代码毫无意义，具体的无意义代码如下。
int jmp(int a,int b){
int i;
if( a == b ){
return a;
}
for(i = 0;i < a;i++){
a++;
}
do{
b++;
}
while(b<a);
while(a <= b){
a++;
}
switch (a)
{
case 10:
a = a + 10;
break;
case 20:
a = a + 20;
break;
default:
a = a + 30;
break;
}
return a+b;
}
为了保持汇编代码与C程序代码的一致性，我们使用-S来编译这段代码，接下来我们查看一下生成的汇编代码。为了方便起见，LZ会将注释直接写在汇编代码当中，各位猿友可以对照着看看，体会一下这些流程控制都是如何实现的。
.file "jmp.c"
.text
.globl jmp
.type jmp, @function
jmp:
/* 栈帧建立 */
pushl %ebp//备份帧指针
movl %esp, %ebp//调整栈栈指针
subl $16, %esp//分配栈空间
/* 栈帧建立 */
/* if判断实现 */
movl 8(%ebp), %eax//取a
cmpl 12(%ebp), %eax//a和b比较
jne .L2//如果a和b不相等，跳到.L2，继续for循环
movl 8(%ebp), %eax//如果a和b相等，则把a作为返回值
jmp .L3//跳到.L3结束方法
/* if判断实现 */
/* for循环实现 */
.L2:
movl $0, -4(%ebp)//将0赋给i
jmp .L4//跳到.L4进行条件判断
.L5:
addl $1, 8(%ebp)//a做自增
addl $1, -4(%ebp)//i做自增
.L4:
movl -4(%ebp), %eax//取i
cmpl 8(%ebp), %eax//i和a比较
jl .L5//如果i小于a则回到.L5继续循环，否则往下进行do/while循环
/* for循环实现 */
/* do/while循环实现 */
.L6:
addl $1, 12(%ebp)//b做自增
movl 12(%ebp), %eax//取b
cmpl 8(%ebp), %eax//比较b和a
jl .L6//如果b小于a，则继续循环，否则往下进行while循环
/* do/while循环实现 */
/* while循环实现 */
jmp .L7//先跳到.L7，这是while与do/while的区别，先判断再执行block
.L8:
addl $1, 8(%ebp)//a做自增
.L7:
movl 8(%ebp), %eax//取a
cmpl 12(%ebp), %eax//比较a和b
jle .L8//如果a小于等于b，则跳到.L8继续循环，否则向下进行switch语句
/* while循环实现 */
/* switch语句实现 */
movl 8(%ebp), %eax//取a
cmpl $10, %eax//比较a和10
je .L10//如果a等于10，跳到.L10进行a=a+10的操作
cmpl $20, %eax//比较a和20
je .L11//如果a等于20，跳到.L11进行a=a+20的操作
jmp .L14//如果a不等于10也不等于20，则跳到.L14进行a=a+30的操作
.L10:
addl $10, 8(%ebp)//a=a+10
jmp .L12//break
.L11:
addl $20, 8(%ebp)//a=a+20
jmp .L12//break
.L14:
addl $30, 8(%ebp)//a=a+30
.L12:
movl 12(%ebp), %eax//取b
movl 8(%ebp), %edx//取a
leal (%edx,%eax), %eax//计算a+b并作为返回值
/* switch语句实现 */
/* 栈帧完成 */
.L3:
leave
ret
/* 栈帧完成 */
.size jmp, .-jmp
.ident "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5.1) 4.4.3"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
上面LZ已经加了详细的注释，相信各位猿友在注释的帮助下，不难看出这些流程控制的实现，它们全部是由跳转指令实现的。其实如果理解了跳转指令，像if/else、for等等这些流程控制，对各位来说只是一个脑筋小转弯而已。
条件传送指令：cmov指令
接下来我们来看最后一种条件指令，叫做条件传送指令。顾名思义，条件传送指令的意思就是在满足条件的时候进行传送的指令，也就是cmov指令。它与set指令十分相似，同样有12种，也就是加上12种条件码寄存器的组合即可，以下是一张书中的指令表格。
对于条件传送指令执行的时钟周期数，书中给出了一个简单的计算方式，用于阐述最优周期数、最差周期数以及随机周期数的关系，有兴趣的猿友可以去看看，LZ这里就不多讨论了，这一点不是我们的重点。总的来说，条件传送指令相当于一个if/else的赋值判断，一般情况下，条件传送指令的性能高于if/else的赋值判断。
不过事情总有例外，因为条件传送指令将对两个表达式都求值，因此如果两个表达式计算量很大时，那么条件传送指令的性能就可能不如if/else的分支判断了。不过总的来说，这种情况还是很少的，因此条件传送指令还是很有用的，只是并不是所有的处理器都支持条件传送指令，这依赖于处理器以及编译器的编译方式。
条件传送指令最大的缺点便是可能引起意料之外的错误，由于LZ的linux无法模拟出条件传送指令，因此这里使用一个书上的例子简单说明一下，比如对于下面这一段代码。
int cread(int *xp){
return (xp ? *xp : 0);
}
猛地一看，这一段代码是没问题的，不过如果使用条件传送指令去实现这段代码的话，将可能引起空指针引用的错误。因为条件传送指令会先对两个表达式进行计算，也就是说无论xp是否有值，都将计算*xp这个表达式，因此当xp为空指针0时，则会产生错误。由此可见，条件传送指令也不是哪都能用的，通常情况下，编译器会帮我们尽力处理这种错误。
文章小结
本章内容较多，不过这已经是LZ将书中的内容压缩后的体积，总的来说，这一章的难点就在于条件码寄存器的组合。如果各位猿友理解不了这一部分，一定要下功夫搞定它，否则的话，下面出现的指令也只能是知其然而不知其所以然了。本次内容就到此为止了，下一章也是非常重要的一章，有关于程序当中过程（方法）的实现方式。
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