Manipulación de bits
Cada bit de un entero se puede usar para almacenar un valor binario.
Como muchas situaciones implican información binaria, como verdadero o falso, inclusión o exclusión, encendido o apagado, la representación binaria de un entero de N bits ofrece una forma compacta de codificar el estado binario de N elementos.
Esto hace que la capacidad de manipular bits y bytes sea esencial en ensamblador.
El conjunto de instrucciones x86-64 ofrece una amplia variedad de instrucciones de manipulación de bits.
Manipulación de un solo bit
Estas instrucciones operan sobre bits individuales de un operando.
Todas reciben dos operandos; el segundo indica el índice del bit sobre el que se opera en el primero.
Todas copian el bit seleccionado en la bandera de acarreo (CF).
| Nombre |
Descripción |
bt |
copia el bit en CF sin modificar ningún operando |
bts |
copia el bit en CF y lo establece en el operando destino |
btr |
copia el bit en CF y lo borra en el operando destino |
btc |
copia el bit en CF y lo complementa (lo invierte) en el operando destino |
Operaciones bit a bit
Las operaciones bit a bit se realizan sobre todos los bits de un operando.
Todas tienen una instrucción con el mismo nombre que la operación bit a bit que realizan:
| Nombre |
Descripción |
and |
1 si ambos bits son 1 |
or |
1 si al menos uno de los bits es 1 |
xor |
1 si los bits son diferentes |
not |
1 si el bit era 0; 0 si el bit era 1 |
La mayoría recibe dos operandos, realiza una operación bit a bit sobre ambos y guarda el resultado en el operando destino.
La excepción es not, que recibe un solo operando destino.
Máscaras
Cuando interpretamos uno y cero como inclusión y exclusión, respectivamente, un entero se denomina máscara de bits (o simplemente máscara).
Una máscara de bits «enmascara» elementos porque un cero en el bit i-ésimo excluye el elemento i-ésimo, mientras que un uno lo incluye.
También usamos comúnmente una máscara de bits para incluir ciertos bits de un entero y excluir otros.
Por ejemplo, sea A un entero cuya representación binaria es:
| índice |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| bits |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Además, sea M un entero cuya representación binaria es:
| índice |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| bits |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Ambos son enteros de 8 bits.
En este caso, podemos decir que M selecciona los bits 0, 2 y 3 de A, y excluye el resto.
Las instrucciones bit a bit que vimos antes son útiles para manipular enteros con máscaras.
Por ejemplo:
- Para borrar los bits de
A que M no selecciona, aplica el AND bit a bit: A AND M.
- Para establecer los bits de
A que M sí selecciona, aplica el OR bit a bit: A OR M.
Instrucción TEST
La instrucción test hace un AND bit a bit entre ambos operandos y establece las banderas según el resultado.
Si A es el primer operando y B el segundo:
| bandera |
se establece cuando |
CF |
siempre se borra |
ZF |
A AND B == 0 |
SF |
el bit de signo de A AND B está establecido |
OF |
siempre se borra |
Esta instrucción recibe dos operandos y actualiza las banderas, pero no modifica sus operandos.
Operaciones de desplazamiento
Estas instrucciones mueven los bits del operando destino una cantidad de posiciones especificada por el segundo operando.
El segundo operando debe ser un número constante (un immediate) o el registro cl (los 8 bits más bajos de rcx).
| Nombre |
Descripción |
shl/sal
|
Desplaza los bits a la izquierda |
shr/sar
|
Desplaza los bits a la derecha |
Fíjate que el conteo del segundo operando se enmascara a 5 bits, o a 6 bits con un operando destino de 64 bits.
Cualquier bit después de eso se ignora en la práctica.
Esto significa que el desplazamiento máximo es 31, o 63 con un operando de 64 bits.
Shl / Sal
Tanto shl como sal realizan exactamente la misma operación; una es un alias de la otra.
Cada vez que se hace un desplazamiento a la izquierda, los bits que están más cerca del final de la secuencia que la longitud del desplazamiento se mueven primero a CF y luego se descartan.
Por otro lado, se agrega al principio una cantidad de bits nuevos en cero igual a la longitud del desplazamiento.
Como cada bit de un entero representa una potencia de 2, un desplazamiento a la izquierda de n posiciones tiene el efecto de multiplicar el entero por 2ⁿ.
Shr / Sar
Hay dos instrucciones para mover bits a la derecha: shr y sar.
Cada vez que se usa cualquiera de las dos instrucciones, los bits que están más cerca del inicio de la secuencia que la longitud del desplazamiento se mueven primero a CF y luego se descartan.
Por otro lado, se agrega al final una cantidad de bits nuevos igual a la longitud del desplazamiento.
La diferencia entre ellas es que shr mueve bits 0 al extremo izquierdo, mientras que sar mueve 1 si el más significativo estaba establecido y 0 en caso contrario.
Esto significa que sar conserva el signo en el desplazamiento de un entero con signo.
Como cada bit de un entero representa una potencia de 2, un desplazamiento a la derecha de n posiciones con shr tiene el efecto de hacer una división sin signo entre 2ⁿ.
De forma similar, un desplazamiento a la derecha de n posiciones con sar tiene el efecto de hacer una división con signo entre 2ⁿ.
Operaciones de rotación
Estas instrucciones mueven los bits del operando destino una cantidad de posiciones especificada por el segundo operando.
El segundo operando debe ser un número constante (un immediate) o el registro cl (los 8 bits más bajos de rcx).
La diferencia entre una rotación y un desplazamiento es que una rotación no descarta ni agrega bits.
Los bits que un desplazamiento descartaría se mueven, en cambio, al extremo opuesto.
Así, todos los bits permanecen; todos cambian de lugar.
| Nombre |
Descripción |
rol |
Rota los bits a la izquierda |
ror |
Rota los bits a la derecha |
Fíjate que el conteo del segundo operando se enmascara a 5 bits, o a 6 bits con un operando destino de 64 bits.
Cualquier bit después de eso se ignora en la práctica.
Esto significa que la rotación máxima es 31, o 63 con un operando de 64 bits.
Otras instrucciones de manipulación de bits
Hay otras instrucciones útiles de manipulación de bits:
| Nombre |
Descripción |
popcnt |
Cuenta el número de bits establecidos |
bsr |
Obtiene el índice del bit establecido más significativo. Si no hay ningún bit establecido, el resultado es indefinido |
bsf |
Obtiene el índice del bit establecido menos significativo. Si no hay ningún bit establecido, el resultado es indefinido |
Estas instrucciones trabajan con dos operandos de 16, 32 o 64 bits.
No se pueden usar con operandos de 8 bits.
Ejercicio de aprendizaje
