Робота з бітами
Кожен біт цілого числа можна використати, щоб зберегти двійкове значення.
Оскільки багато ситуацій повʼязані з двійковою інформацією, як-от правда чи неправда, включення чи виключення, увімкнено чи вимкнено, двійкове подання N-бітного цілого числа дає компактний спосіб закодувати двійковий стан N елементів.
Саме тому вміння працювати з бітами й байтами є необхідним в асемблері.
Набір інструкцій x86-64 пропонує широкий вибір інструкцій для побітових операцій.
Робота з окремими бітами
Ці інструкції працюють з окремими бітами в операнді.
Усі вони приймають два операнди, другий указує індекс біта, з яким працюють у першому операнді.
Усі вони копіюють вибраний біт у прапорець перенесення (CF).
| Назва |
Опис |
bt |
копіює біт у CF, не змінюючи жодного операнда |
bts |
копіює біт у CF і встановлює його в операнді призначення |
btr |
копіює біт у CF і скидає його в операнді призначення |
btc |
копіює біт у CF і доповнює (інвертує) його в операнді призначення |
Побітові операції
Побітові операції виконуються над усіма бітами операнда.
Для кожної з них є інструкція з тією ж назвою, що й виконувана побітова операція:
| Назва |
Опис |
and |
1, якщо обидва біти дорівнюють 1 |
or |
1, якщо принаймні один із бітів дорівнює 1 |
xor |
1, якщо біти різняться |
not |
1, якщо біт був 0; 0, якщо біт був 1 |
Більшість із них приймають два операнди, виконують побітову операцію над обома й зберігають результат в операнді призначення.
Виняток - not, яка приймає лише один операнд призначення.
Маски
Коли ми тлумачимо одиницю та нуль як включення та виключення відповідно, ціле число називають бітовою маскою (або просто маскою).
Бітова маска «відсіює» елементи, бо нуль у i-му біті виключає i-й елемент, а одиниця включає його.
Також ми часто використовуємо бітову маску, щоб включити певні біти цілого числа й виключити інші.
Наприклад, нехай A буде цілим числом, двійкове подання якого таке:
| індекс |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| біти |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Так само нехай M буде цілим числом, двійкове подання якого таке:
| індекс |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| біти |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Обидва - 8-бітні цілі числа.
У цьому випадку можна сказати, що M вибирає біти 0, 2 і 3 числа A, а решту виключає.
Побітові інструкції, розглянуті раніше, стають у пригоді, коли ми працюємо з цілими числами за допомогою масок.
Наприклад:
- Щоб скинути біти
A, які не вибрані маскою M, виконаймо побітове AND: A AND M.
- Щоб встановити біти
A, вибрані маскою M, виконаймо побітове OR: A OR M.
Інструкція test
Інструкція test виконує побітове AND між обома операндами й встановлює прапорці відповідно до результату.
Нехай A буде першим операндом, а B - другим:
| прапорець |
встановлюється, коли |
CF |
завжди скидається |
ZF |
A AND B == 0 |
SF |
знаковий біт A AND B встановлено |
OF |
завжди скидається |
Ця інструкція приймає два операнди й оновлює прапорці, але не змінює свої операнди.
Операції зсуву
Ці інструкції переміщують біти в операнді призначення на кількість позицій, указану другим операндом.
Другий операнд має бути сталим числом (immediate) або регістром cl (наймолодші 8 бітів rcx).
| Назва |
Опис |
shl/sal
|
Зсуває біти ліворуч |
shr/sar
|
Зсуває біти праворуч |
Зауважмо, що лічильник у другому операнді маскується до 5 бітів, або 6 бітів, якщо операнд призначення 64-бітний.
Будь-які біти після цього фактично ігноруються.
Це означає, що максимальний зсув - 31, або 63 з 64-бітним операндом.
shl / sal
І shl, і sal виконують ту саму операцію, одна з них - псевдонім іншої.
Щоразу, коли виконується зсув ліворуч, біти, розташовані ближче до кінця послідовності, ніж довжина зсуву, спершу переміщуються в CF, а потім відкидаються.
Натомість на початок додається стільки нових скинутих бітів, скільки становить довжина зсуву.
Оскільки кожен біт у цілому числі представляє степінь 2, зсув ліворуч на n позицій приводить до множення цілого числа на 2ⁿ.
shr / sar
Є дві інструкції для переміщення бітів праворуч: shr і sar.
Коли використовується будь-яка з цих двох інструкцій, біти, розташовані ближче до початку послідовності, ніж довжина зсуву, спершу переміщуються в CF, а потім відкидаються.
Натомість у кінець додається стільки нових бітів, скільки становить довжина зсуву.
Різниця між ними в тому, що shr додає 0 бітів на лівому кінці, а sar додає 1, якщо найстарший біт був встановлений, і 0 в іншому разі.
Це означає, що sar зберігає знак під час зсуву знакового цілого числа.
Оскільки кожен біт у цілому числі представляє степінь 2, зсув праворуч на n позицій за допомогою shr приводить до беззнакового ділення на 2ⁿ.
Так само зсув праворуч на n позицій за допомогою sar приводить до знакового ділення на 2ⁿ.
Операції обертання
Ці інструкції переміщують біти в операнді призначення на кількість позицій, указану другим операндом.
Другий операнд має бути сталим числом (immediate) або регістром cl (наймолодші 8 бітів rcx).
Різниця між обертанням і зсувом у тому, що обертання не відкидає й не додає жодного біта.
Біти, які були б відкинуті під час зсуву, натомість переміщуються на протилежний кінець.
Отже, усі біти залишаються, але всі вони змінюють свої місця.
| Назва |
Опис |
rol |
Обертає біти ліворуч |
ror |
Обертає біти праворуч |
Зауважмо, що лічильник у другому операнді маскується до 5 бітів, або 6 бітів, якщо операнд призначення 64-бітний.
Будь-які біти після цього фактично ігноруються.
Це означає, що максимальне обертання - 31, або 63 з 64-бітним операндом.
Інші інструкції для роботи з бітами
Є й інші корисні інструкції для роботи з бітами:
| Назва |
Опис |
popcnt |
Підраховує кількість встановлених бітів |
bsr |
Повертає індекс найстаршого встановленого біта. Якщо жоден біт не встановлено, результат невизначений |
bsf |
Повертає індекс наймолодшого встановленого біта. Якщо жоден біт не встановлено, результат невизначений |
Усі ці інструкції працюють із двома 16-бітними, 32-бітними або 64-бітними операндами.
Їх не можна використовувати з 8-бітними операндами.
Навчальна вправа
