X86アセンブラ/算術演算命令

算術演算命令

算術演算命令は、 2 つのオペランドを取る。デスティネーション (転送先) とソース (転送元) である。デスティネーションは、レジスターか、メモリーでの位置でなくてはならない。ソースは、メモリーでの位置、レジスター、定数のどれかでなくてはならない。二つのうち少なくとも一つは、レジスターでなくてはならない。操作は、ソースとデスティネーションの両方を、メモリーでの位置にすることはできないためである。

add src, dest	GAS文法
add dest, src	MASM文法

この命令は、srcをdestに加算する。計算結果は、destに格納される。

つまり、MASM や NASM の文法を使う場合には、結果は最初の引数に格納される。 GAS の文法を使う場合には、結果は 2 番目の引数に格納される。

sub src, dest	GAS文法
sub dest, src	MASM文法

この命令は ADD と同じようであるが、デスティネーションからソースを減算する。

mul arg

この命令は「arg」に A レジスターのバイト長に応じた値を乗算する。下表を参照のこと。

オペランドのサイズ	1 バイト	2 バイト	4 バイト
その他のオペランド	AL	AX	EAX
結果の上位部分の格納先	AH	DX	EDX
結果の下位部分の格納先	AL	AX	EAX

2 番目の場合、古いプロセッサー向けに書かれたコードとの後方互換性のため、ターゲットは EAX ではない。

imul arg

MUL と同じであるが、符号付き数値のみを扱う。

div arg

この命令は、レジスターの内容を「arg」で除算する。下表を参照のこと。

除数のサイズ	1 バイト	2 バイト	4 バイト
被除数	AX	DX:AX	EDX:EAX
剰余の格納先	AH	DX	EDX
商の格納先	AL	AX	EAX

%eax が設定されていれば、「cltd (MASM の文法では CDQ)」を使うことで、%edx を用意できる。

 cltd
 idiv   %ebx, %eax

商が商の格納先レジスターに合わなかった場合、数値オーバーフロー例外が発生する。操作の後、全てのフラグは未定義の状態になる。

idiv arg

DIV と同じであるが、符号付き数値のみを扱う。

neg arg

引数の符号を算術的に反転させる。つまり 2 の補数を取る。

コード例

実際に、C言語のプログラムをGCCでアセンブリコードに変換してみて、どのような命令が使われているかを学びましょう。

add.c

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

-S でアセンブリコードに変換すると、下記のようになります。

アセンブリコードに変換後

        .file   "add.c"
        .text
        .p2align 4
        .globl  add
        .type   add, @function
add:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        leal    (%rdi,%rsi), %eax
        ret
        .cfi_endproc
.LFE0:
        .size   add, .-add
        .ident  "GCC: (FreeBSD Ports Collection) 12.0.0 20211010 (experimental)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

加算を行っている部分

        leal    (%rdi,%rsi), %eax

関数の引数はレジスタで渡され、第一引数はDIレジスターに第二引数はSIレジスター渡されます。

関数の戻り地はEAXレジスターで返されます。

LEAL命令は、Load Effective Address Long で、第一オペランドで指定された「アドレス」を第二オペランドに代入します。

(%rdi,%rsi)はSIレジスターにDIレジスター分オフセットしたアドレスの値を参照しますので、EAXレジスターにはSIレジスターの値にDIレジスターの値を足した値が入ります。

AMD64にはそのものズバリのADD命令があるのですが、LEA命令にはADD命令とは別の演算器（アドレス演算器）が使われ、２つの加算器は並行して動作が可能なのでADD命令に使う演算器を加算以外のより高度な演算に開けるためにLEA命令を生成しています。

以下、補足

キャリーあり算術演算命令

adc src, dest	GAS文法
adc dest, src	MASM文法

キャリーあり加算。 destにsrc + キャリーフラグを加算し、結果をdestに格納する。通常、加算命令でレジスターの 2 倍の長さの値を扱うのを助ける。以下の例では、sourceは 64 ビットの数値であり、destinationに加算される。

mov eax, [source] ; read low 32 bits
mov edx, [source+4] ; read high 32 bits
add [destination], eax ; add low 32 bits
adc [destination+4], edx ; add high 32 bits, plus carry

sbb src, dest	GAS文法
sbb dest, src	MASM文法

ボローあり減算。 src + キャリーフラグをdestから減算し、結果をdestに格納する。通常、減算命令でレジスターの 2 倍の長さの値を扱うのを助ける。

インクリメントとデクリメント

inc arg

引数のレジスターの値を 1 ずつインクリメントする。 ADD arg, 1よりずっと早く動作する。

dec arg

引数のレジスターの値を 1 ずつデクリメントする。

ポインターの算術演算

lea 命令は、算術演算にも使うことができ、特にポインターの算術演算に使われる。アドレス計算命令を参照のこと。