3.1 指令集分类
3.1 指令集分类
本节摘要：几百条 AArch64 指令按"动谁"可以归成五大类：数据处理、访存、分支、系统控制、 SIMD 与浮点。每类有一句模板句型，类内变奏无非是宽度后缀与寻址方式。掌握分类骨架后，陌生指令只需归档，不必重学——本节给出分类判据、每类的代表指令与相互组合的典型形态。
上一章认完了牌，本章开始打牌。打牌的第一课不是背牌谱，而是先知道牌堆里有几种花色——本节就干这一件事：建立分类骨架。它值得整节的篇幅，因为后面每一章都在这个骨架上展开：访存类是第 4 章的全部，分支类是第 5 章前两节的素材，系统控制类是第 6 章的钥匙。
分类判据：一条指令动谁
给指令分类的依据只有一条：这条指令动了什么。动寄存器与立即数、产生新值的是数据处理类；在寄存器与内存之间搬运的是访存类；改变 PC 走向的是分支类；改系统状态（标志、屏蔽位、系统寄存器）的是系统控制类；动向量与浮点寄存器堆的是 SIMD 与浮点类。五大类之外的一切差别——宽度、条件、寻址——都是类内变奏。这张表把骨架先立起来：
| 功能类 | 模板句型 | 代表指令 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 数据处理 | 目的, 源1, 源2 | add、sub、mov、and、orr |
算术逻辑运算，只碰寄存器 |
| 访存 | 加载/存储, 寄存器, 内存地址 | ldr、str、ldp、stnp |
搬运数据，唯一能碰内存的类 |
| 分支 | 跳转目标 或 寄存器 | b、bl、cbz、tbz、ret |
改变执行流，函数与循环的骨架 |
| 系统控制 | 专用操作数 | msr、mrs、svc、eret、dmb |
特权操作、同步、屏障 |
| SIMD 与浮点 | 向量目的, 向量源们 | fadd、smull、ld1、uzp1 |
并行数据运算，第 8 章主角 |
判据拿来即用：看到 ldr 家族就是访存类，看到 b 开头多半是分支类，msr 与 mrs 一出现必然涉权。反过来说，如果一条指令你认不出属于哪类，多半是它的"马甲"没认出来——比如 mov 其实是 orr（自或清零）的伪指令形态，cmp 是 subs（丢弃结果只留标志）的伪指令形态。
数据处理类：句型最严的一类
数据处理类的句型严格到可以当公式背：目的寄存器, 第一源, 第二源。第二源可以是寄存器、经移位的寄存器，或立即数。把常见成员按用途记成四小族最省力：算术族（add、sub、mul、sdiv）、逻辑族（and、orr、eor、mvn）、移位族（lsl、lsr、asr、ror）、宽位族（sxtw 符号扩展、ubfm 位域提取）。同一句型下的变奏示例：
add x0, x1, x2 // 三寄存器：x0 = x1 + x2 add x0, x1, x2, lsl #3 // 第二源带移位：x0 = x1 + x2*8，乘 8 免乘法 adds x0, x1, x2 // s 后缀：结果写 x0 同时刷新 NZCV 标志 add x0, x1, #12 // 立即数形态：12 的编码规则见 3.2 节 mov x0, #1 // 伪指令，真实身份是 orr x0, xzr, #1 cmp x0, #5 // 伪指令，真实身份是 subs xzr, x0, #5
四条指令藏着四个必考细节：移位免费的乘 8、s 后缀与标志位的关系、立即数不是随便什么数都能编（3.2 节展开）、伪指令是给人类方便的语法糖。最后一行尤其值得咀嚼——cmp 根本不存储结果，它存在的意义就是设置标志供下一条条件指令消费，这是理解第 5 章条件码的入口。
访存类与分支类：两句高产的句型
访存类的句型是操作 + 寄存器 + 地址，变奏全在地址怎么算（第 4 章 4.1 节整节展开）。这里先记三个高频成员：ldr 与 str 是单寄存器搬运的主力；ldp 与 stp 一次搬一对寄存器，是函数序言保存现场的最爱；ldrb、ldrh 这类宽度后缀决定搬一个字节、半字还是字。分支类句型分两支：直接跳（b 无条件、b.eq 带条件）与比较加跳合一（cbz、cbnz 判零即跳，tbz 测位即跳）。合一支是 ARM 的特色——把"比较"与"跳转"压成一条，第 5 章写循环时会反复用到。
// 分支类两支的实际对比：同一判断的两种写法 cmp x0, #0 b.eq label // 两步：先设标志，再按标志跳 cbz x0, label // 一步：判零即跳，少一条指令
系统控制类与 SIMD 类：点到为止
系统控制类的成员不多但每条都是"特权人物"：msr 与 mrs 进出系统寄存器，svc 发起系统调用（第 2 章那趟 EL0 到 EL1 的电梯就是它按的），eret 是下楼的唯一电梯，dmb、dsb、isb 三个屏障指令管内存顺序（第 4 章 4.2 节的主角）。SIMD 与浮点类自成一套寄存器堆（v0 至 v31）与一套加载指令（ld1 而非 ldr），语法上像另一种语言，第 8 章 8.2 节做向量化实验时再正面进攻——本节只需知道它们的存在与边界：普通数据处理类指令碰不到向量寄存器，反过来也一样。
实验：给一段真实反汇编贴标签
分类骨架立没立住，拿真实代码验一次最靠谱。任取一个小程序的函数，逐行贴类标签：
0000000000400790 <blend>: 400790: stp x29, x30, [sp, -32]! // 访存类：保存帧指针与返回地址 400794: mov x29, sp // 数据处理类：设帧指针 400798: ldr x2, [x1] // 访存类：取参数指向的数据 40079c: add x3, x2, x0 // 数据处理类：运算 4007a0: cbz x3, 4007b0 // 分支类：判零即跳 4007a4: mrs x0, cntvct_el0 // 系统控制类：读计时器 4007a8: scvtf d0, x0 // SIMD 浮点类：整数转浮点 4007ac: bl 400760 <emit> // 分支类：带链接跳转，调用函数 4007b0: ldp x29, x30, [sp], 32 // 访存类：恢复现场 4007b4: ret // 分支类：返回
十行代码五类齐全——这不是刻意挑的例子，而是一个普通混合函数的自然分布。统计下来你会发现典型代码里访存与数据处理类占大头，分支类密度取决于算法形状，系统控制类集中在函数边界。这个分布感在两处马上兑现：读反汇编时，类标签先行，注意力自动聚焦；写代码时，知道瓶颈多半卡在访存类，就会理解第 8 章优化为什么从内存布局讲起。
本节要点回顾
- 判据唯一：指令动谁，就是哪一类——五类是数据处理、访存、分支、系统控制、SIMD 浮点。
- 模板句型：每类一句型，类内变奏是宽度、条件与寻址，不产生新句型。
- 伪指令要识破：
mov是orr、cmp是subs的马甲，识破后编码规则就统一了。 - 合并式分支：
cbz、tbz把比较与跳转压成一条，是写紧凑循环的常备工具。 - 边界分明：向量寄存器堆与通用寄存器堆互不相通，两套指令各自为政。
分类骨架立住了，下一节我们拿显微镜看编码：一条 mov 的四个字节里，每个比特在干什么。