Manipulación de bits
Cada bit de un número 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 número entero de N bits proporciona 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 primer operando.
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 pone a 1 en el operando destino |
btr |
copia el bit en CF y lo pone a 0 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 distintos |
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 almacena el resultado en el operando destino.
La excepción es not, que solo recibe un operando destino.
Máscaras
Cuando interpretamos uno y cero como inclusión y exclusión, respectivamente, un número 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 es habitual usar una máscara de bits para incluir ciertos bits de un número entero y excluir otros.
Por ejemplo, sea A un número entero cuya representación binaria es:
| índice |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| bits |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Sea también M un número 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 números 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 comentadas antes son útiles para manipular números enteros con máscaras.
Por ejemplo:
- Para poner a 0 los bits de
A que no selecciona M, aplica el AND bit a bit: A AND M.
- Para poner a 1 los bits de
A que selecciona M, aplica el OR bit a bit: A OR M.
La instrucción test
La instrucción test realiza 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 pone a 0 |
ZF |
A AND B == 0 |
SF |
el bit de signo de A AND B está a 1 |
OF |
siempre se pone a 0 |
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 un número de posiciones especificado 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 |
Ten en cuenta que el recuento del segundo operando se enmascara a 5 bits, o a 6 bits con un operando destino de 64 bits.
Cualquier bit a partir de ahí se ignora de forma efectiva.
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.
Siempre 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 añaden al principio tantos bits nuevos puestos a cero como la longitud del desplazamiento.
Como cada bit de un número entero representa una potencia de 2, un desplazamiento a la izquierda de n posiciones tiene el efecto de multiplicar el número entero por 2ⁿ.
Shr / Sar
Hay dos instrucciones para mover bits a la derecha: shr y sar.
Siempre que se usa cualquiera de las dos instrucciones, los bits que están más cerca del principio de la secuencia que la longitud del desplazamiento se mueven primero a CF y luego se descartan.
Por otro lado, se añaden al final tantos bits nuevos como 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 a 1 y 0 en caso contrario.
Esto significa que sar conserva el signo en el desplazamiento de un número entero con signo.
Como cada bit de un número entero representa una potencia de 2, un desplazamiento a la derecha de n posiciones usando shr tiene el efecto de hacer una división sin signo por 2ⁿ.
Del mismo modo, un desplazamiento a la derecha de n posiciones usando sar tiene el efecto de hacer una división con signo por 2ⁿ.
Operaciones de rotación
Estas instrucciones mueven los bits del operando destino un número de posiciones especificado 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 añade ningún bit.
Los bits que un desplazamiento descartaría se mueven, en su lugar, al extremo opuesto.
Así, todos los bits permanecen; todos cambian de sitio.
| Nombre |
Descripción |
rol |
Rota los bits a la izquierda |
ror |
Rota los bits a la derecha |
Ten en cuenta que el recuento del segundo operando se enmascara a 5 bits, o a 6 bits con un operando destino de 64 bits.
Cualquier bit a partir de ahí se ignora de forma efectiva.
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 puestos a 1 |
bsr |
Obtiene el índice del bit puesto a 1 más significativo. Si no hay ningún bit puesto a 1, el resultado no está definido |
bsf |
Obtiene el índice del bit puesto a 1 menos significativo. Si no hay ningún bit puesto a 1, el resultado no está definido |
Todas estas instrucciones funcionan con dos operandos de 16 bits, 32 bits o 64 bits.
No se pueden usar con operandos de 8 bits.
Ejercicio de aprendizaje
