3.1 数据传送与算术逻辑指令

3.1 数据传送与算术逻辑指令

本节摘要：数据类指令是汇编中使用频率最高的一族，核心成员不过十余条：mov 负责搬运、lea 负责"算地址顺便当计算器"、xchg 负责交换，加法乘法与位运算各司其职。本节逐条讲清它们的语义与脾气——mov 的操作数不能两边都是内存、立即数有尺寸上限、lea 不碰标志位——并用反汇编实证每条脾气。读完你能读懂普通函数里九成的数据指令，并知道哪些"想当然"的写法会直接被汇编器拒绝。

先定义"数据操作"的范围

给本节的任务画个边界：凡是以"把数据从 A 处弄到 B 处"或"把数据加工成另一个值"为使命的指令，都算数据操作。这个家族的成员名单短得惊人——mov、lea、xchg、push/pop（栈上的搬运，第 4 章细讲）、add/sub/imul、inc/dec、and/or/xor/not、shl/shr。相应地，把控制流（跳转调用）、特权管理留给 3.2 与 3.3。判别一个函数"在算什么"，九成的证据来自这份短名单。

学这批指令的正确姿势不是背语义——语义一查就有——而是记脾气：尺寸限制、副作用、被拒绝的写法。脾气才是反汇编阅读时真正消耗判断力的地方，也是本节的全部重心。

mov：最常用，也最有规矩

mov 的语法是 mov 目的, 源，但能填什么受三条规矩约束。规矩一：源与目的不能同时是内存——x86 的数据通路里，内存到内存的搬运必须经寄存器中转，硬写 mov [a], [b] 汇编器直接报错。这不是语法洁癖，是硬件事实：一条指令只有一次内存读写通路，两次访问需要两条指令。

规矩二：立即数有尺寸上限。往 64 位寄存器塞立即数，汇编器只能编出 32 位立即数的编码，超过 0xFFFFFFFF 的常数要么用 movabs（64 位立即数专用编码），要么拆步骤：

mov rax, 0x12345678      ; 合法：32位立即数，高位自动清零
mov rax, 0x123456789A    ; 报错：立即数超32位
movabs rax, 0x123456789A ; 合法：64位立即数专用编码
mov eax, 1               ; 注意：写eax会自动把rax高32位清零
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第三行注释里的"自动清零"是个隐藏脾气：写入 32 位寄存器时，对应 64 位寄存器的高半部分被无条件清成零——这是 x86-64 的设计决定（写入 8/16 位子寄存器则保留高位）。写惯了 16 位代码的人常在这里翻车：mov al, 5 之后 rax 的高位还是旧值，mov eax, 5 之后 rax 高位必定是零。反汇编读码时同理：看到 mov eax, ... 就等于看到"rax 高 32 位归零"，这是免费信息。

规矩三：尺寸必须成对。mov eax, bl 这种一字节与四字节的混搭没有对应编码，得显式使用 movzx 或 movsx 做零扩展/符号扩展搬运——顺便说，这对指令也是读 C 代码反汇编的老熟人：无符号 char 短整提升对应 movzx，有符号对应 movsx，看到它们就等于看到一次隐式类型转换。

图 3-1：数据在寄存器、内存与立即数之间的合法通路

lea：被误读最深的"搬运工"

lea 名义上是"加载有效地址"，实际身份是汇编世界的计算器。lea rax, [rbx + rcx*8 + 16] 不访问内存，只把方括号里那套"基址加变址乘比例加位移"的寻址算术算出来存进 rax。三个特性使它成为编译器的心头好：一条指令完成三元算术、完全不碰标志位（3.2 节会讲这有多方便）、不产生内存访问延迟。

编译器把 lea 用出了花：乘 5 写成 lea eax, [rdi + rdi*4]，乘 9 写成 lea eax, [rdi + rdi*8]；加常数、算数组下标、凑指针偏移，全是它的活。读反汇编时见到方括号里没有实际内存语义的 lea，第一反应应该是"这是在做算术"，而不是"这是在取地址"。

算术与逻辑：运算家族的分工与副作用

算术家族的语义直白，要点在副作用。add、sub、cmp 都会按结果更新全部六个状态标志（进位、零、符号、溢出等，3.2 节展开）；inc/dec 也更新标志但保留进位标志——这个细节让 inc 能安全地用于多精度加法的循环里而不破坏进位链；neg（取负）与 not（按位取反）一字之差，前者是"零减自身"的算术运算、会置标志，后者是纯位翻转、只清进位与溢出。位运算三兄弟里，xor eax, eax 值得单独点名：把寄存器与自己异或是清零的惯用法，编码只有两字节，比 mov eax, 0 还短，反汇编里出镜率极高。

乘除法是家族里的怪脾气成员。imul 一条指令最多三操作数（imul rax, rcx, 5 一步完成 rax 乘 5 存 rax），但除法 idiv 固定使用一对寄存器放被除数（64 位除法要求把被除数放在 rdx:rax 这对搭档里），且除零不抛 arithmetic 异常而是硬件中断——这些约束让编译器宁可把除法优化成乘法加移位（第 5 章对照实验里会亲眼见到这个魔法）。

⚠️ 常见坑：把 cmp 当成"比较专用指令"以为它不产生计算。cmp 的机器本质就是 sub，只是结果丢弃、标志保留——理解这一点，"为什么 cmp 能测相等也能比大小"就不再是记忆题。

💡 关键直觉：数据指令的成本分层极其清晰——寄存器到寄存器最快、带内存操作数次之、跨段的搬运最贵。读反汇编时留意内存操作数的密度，就能对一段代码的性能档次做出秒级估计，这个直觉在 6.1 节会升级成系统方法。

本节要点回顾

• mov 三规矩：双内存禁止、立即数限 32 位（超限用 movabs）、写 32 位寄存器自动清高 32 位。
• lea 是计算器：三元素算术一条搞定，不访存不碰标志，编译器最爱的算术替身。
• 类型提升现形记：movzx 与 movsx 对应 C 隐式转换的无符号与有符号两条路。
• 副作用即语义：cmp 是丢结果的减法，inc 保进位，xor 自反清零——脾气本身就是信息。

数据的来路与加工已经清楚，但程序总得"分岔"。下一节解剖分岔的幕后推手：标志位。