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控制流指令

控制流指令用于改变程序的执行顺序，包括无条件跳转、条件跳转、循环等。本章详细介绍 x86 的控制流指令。

无条件跳转​

JMP 指令​

JMP 指令无条件跳转到指定地址：

; 短跳转（相对跳转，-128 到 +127 字节）
jmp short label

; 近跳转（相对跳转，±2GB 范围）
jmp near label

; 直接跳转
jmp label

; 间接跳转（通过寄存器）
jmp eax                ; 32 位模式
jmp rax                ; 64 位模式

; 间接跳转（通过内存）
jmp [eax]              ; 32 位模式
jmp [rax]              ; 64 位模式
jmp [jump_table + eax*4]  ; 跳转表

跳转示例​

    jmp skip           ; 跳过下一条指令
    mov eax, 0         ; 这条指令不会执行
skip:
    mov eax, 1         ; 从这里继续执行

条件跳转​

条件跳转根据标志位状态决定是否跳转。

零标志相关​

指令条件描述
JZ/JEZF = 1等于/零时跳转
JNZ/JNEZF = 0不等于/非零时跳转
cmp eax, ebx
je  equal              ; 如果 EAX == EBX，跳转
jne not_equal          ; 如果 EAX != EBX，跳转

test eax, eax
jz  is_zero            ; 如果 EAX == 0，跳转
jnz not_zero           ; 如果 EAX != 0，跳转

符号标志相关​

指令条件描述
JSSF = 1为负时跳转
JNSSF = 0为正时跳转
test eax, eax
js  negative           ; 如果 EAX < 0，跳转
jns positive           ; 如果 EAX >= 0，跳转

进位标志相关​

指令条件描述
JCCF = 1有进位时跳转
JNCCF = 0无进位时跳转
add eax, ebx
jc  overflow           ; 如果有进位，跳转

shl eax, 1
jc  bit_out            ; 如果移出的位是 1，跳转

溢出标志相关​

指令条件描述
JOOF = 1有溢出时跳转
JNOOF = 0无溢出时跳转
add eax, ebx
jo  signed_overflow    ; 如果有符号溢出，跳转

无符号比较​

指令条件描述
JA/JNBECF=0 且 ZF=0大于时跳转
JAE/JNB/JNCCF = 0大于等于时跳转
JB/JNAE/JCCF = 1小于时跳转
JBE/JNACF=1 或 ZF=1小于等于时跳转
cmp eax, ebx
ja  above              ; 如果 EAX > EBX（无符号），跳转
jae above_equal        ; 如果 EAX >= EBX（无符号），跳转
jb  below              ; 如果 EAX < EBX（无符号），跳转
jbe below_equal        ; 如果 EAX <= EBX（无符号），跳转

有符号比较​

指令条件描述
JG/JNLESF=OF 且 ZF=0大于时跳转
JGE/JNLSF = OF大于等于时跳转
JL/JNGESF ≠ OF小于时跳转
JLE/JNGSF≠OF 或 ZF=1小于等于时跳转
cmp eax, ebx
jg  greater            ; 如果 EAX > EBX（有符号），跳转
jge greater_equal      ; 如果 EAX >= EBX（有符号），跳转
jl  less               ; 如果 EAX < EBX（有符号），跳转
jle less_equal         ; 如果 EAX <= EBX（有符号），跳转

条件跳转示例​

找出最大值

; 找出 EAX 和 EBX 中的较大值
cmp eax, ebx
jge eax_greater
mov eax, ebx           ; EBX 更大
eax_greater:
    ; EAX 中是较大值

绝对值

; 计算 EAX 的绝对值
cdq                    ; 符号扩展到 EDX
xor eax, edx           ; 如果为负，取反
sub eax, edx           ; 如果为负，加 1

条件设置指令​

SETcc 指令根据条件设置字节为 0 或 1：

setz al                ; 如果 ZF=1，AL=1；否则 AL=0
setnz al               ; 如果 ZF=0，AL=1
setl al                ; 如果有符号小于，AL=1
setg al                ; 如果有符号大于，AL=1
setb al                ; 如果无符号小于，AL=1
seta al                ; 如果无符号大于，AL=1

; 示例：将比较结果转为布尔值
cmp eax, ebx
setl al                ; AL = (EAX < EBX) ? 1 : 0
movzx eax, al          ; EAX = (EAX < EBX) ? 1 : 0

循环指令​

LOOP 指令​

LOOP 指令使用 ECX/RCX 作为计数器：

; 基本循环
mov ecx, 10            ; 循环 10 次
loop_start:
    ; 循环体
    loop loop_start    ; ECX--，如果 ECX != 0，跳转

; 等价的普通跳转
mov ecx, 10
loop_start:
    ; 循环体
    dec ecx
    jnz loop_start

LOOP 变体​

LOOPE/LOOPZ - 相等/零时循环

; 当 ECX != 0 且 ZF = 1 时继续循环
mov ecx, 100
mov esi, buffer

search_loop:
    cmp byte [esi], 0
    loope search_loop  ; 继续循环直到找到非零字节或计数结束

LOOPNE/LOOPNZ - 不相等/非零时循环

; 当 ECX != 0 且 ZF = 0 时继续循环
mov ecx, 100
mov esi, buffer

search_loop:
    cmp byte [esi], 'A'
    loopne search_loop ; 继续循环直到找到 'A' 或计数结束

循环示例​

数组求和

; 计算 32 位数组元素之和
; 输入：RSI = 数组地址，RCX = 元素个数
; 输出：EAX = 总和
array_sum:
    xor eax, eax
sum_loop:
    add eax, [rsi]
    add rsi, 4
    loop sum_loop
    ret

字符串长度

; 计算以 null 结尾的字符串长度
; 输入：RSI = 字符串地址
; 输出：RCX = 长度
strlen:
    xor ecx, ecx
strlen_loop:
    cmp byte [rsi + rcx], 0
    je  strlen_done
    inc ecx
    jmp strlen_loop
strlen_done:
    ret

冒泡排序

; 冒泡排序（升序）
; 输入：RSI = 数组地址，RCX = 元素个数
bubble_sort:
    dec ecx                 ; 外循环次数 = n - 1
outer:
    push rcx
    mov rdi, rsi
inner:
    mov eax, [rdi]
    mov edx, [rdi + 4]
    cmp eax, edx
    jle no_swap
    mov [rdi], edx
    mov [rdi + 4], eax
no_swap:
    add rdi, 4
    loop inner
    pop rcx
    loop outer
    ret

条件传送指令​

CMOVcc 指令根据条件传送数据，避免分支预测失败：

; 条件传送
cmove  eax, ebx         ; 如果 ZF=1，EAX = EBX
cmovne eax, ebx         ; 如果 ZF=0，EAX = EBX
cmovg  eax, ebx         ; 如果有符号大于，EAX = EBX
cmovl  eax, ebx         ; 如果有符号小于，EAX = EBX
cmova  eax, ebx         ; 如果无符号大于，EAX = EBX
cmovb  eax, ebx         ; 如果无符号小于，EAX = EBX

; 示例：取最大值（无分支）
cmp eax, ebx
cmovl eax, ebx          ; 如果 EAX < EBX，EAX = EBX

条件传送示例​

计算绝对值

; 无分支绝对值
mov edx, eax
neg edx                 ; EDX = -EAX
test eax, eax
cmovs eax, edx          ; 如果 EAX < 0，EAX = -EAX

条件选择

; 根据条件选择值
cmp eax, 0
mov ebx, 100
mov edx, 200
cmovg ebx, edx          ; 如果 EAX > 0，EBX = 200

分支预测优化​

分支预测的影响​

现代 CPU 使用分支预测器来预测跳转方向。预测失败会导致流水线清空，影响性能。

优化技巧​

使用条件传送替代分支

; 传统方式（有分支）
cmp eax, ebx
jge skip
mov eax, ebx
skip:

; 优化方式（无分支）
cmp eax, ebx
cmovl eax, ebx

组织代码使常见路径顺序执行

; 假设错误情况很少见
test eax, eax
jz  error              ; 错误情况跳转

; 正常处理（顺序执行）
; ...
jmp done

error:
    ; 错误处理

done:

使用算术运算替代分支

; 传统方式：计算绝对值
test eax, eax
jns positive
neg eax
positive:

; 算术方式：无分支
cdq                    ; EDX = EAX 的符号位
xor eax, edx           ; 如果为负，取反
sub eax, edx           ; 如果为负，加 1

跳转表​

跳转表用于实现多路分支（类似 switch 语句）：

section .data
    jump_table:
        dq case_0
        dq case_1
        dq case_2
        dq case_3
        dq default

section .text
    ; switch (EAX)
    cmp eax, 4
    ja  default

    mov rdx, [jump_table + rax*8]
    jmp rdx

case_0:
    ; 处理 case 0
    jmp switch_end

case_1:
    ; 处理 case 1
    jmp switch_end

case_2:
    ; 处理 case 2
    jmp switch_end

case_3:
    ; 处理 case 3
    jmp switch_end

default:
    ; 默认处理

switch_end:

小结​

本章介绍了 x86 的控制流指令：

  • 无条件跳转：JMP 指令的各种形式
  • 条件跳转：根据标志位跳转的各类指令
  • 条件设置：SETcc 指令
  • 循环指令：LOOP、LOOPE、LOOPNE
  • 条件传送：CMOVcc 指令
  • 分支优化：减少分支预测失败的技巧
  • 跳转表：实现多路分支

下一章将学习过程调用和栈帧管理。