汇编语言 跳转指令与C语言的条件分支

跳转指令

跳转指令也是一个组的指令，称为j组。其中jmp为无条件跳转，其余为条件跳转

上图为j组指令，可结合条件码访问指令加深理解

在机器指令水平上理解如何对跳转指令编码

• 如上图，通过反汇编软件得到机器指令与汇编语言，其中左边为机器指令编码，右边为对应汇编语言含义，最左边为每条机器指令地址
• jmp指令的对应机器指令有两个字节：eb表示这是jmp指令，03描述跳转信息。值得注意的是，跳转指令进行编码时，采用相对位置编码，如03描述的就是偏移量
• 结合实例进行理解：在未执行jmp指令时，rip寄存器存储的地址为4004d5（rip寄存器存放即将加载的指令地址）；执行jmp指令后，rip寄存器的值改为新的目标位置地址，目标位置=原先位置+偏移量，在此例子中为4004d5+03=4004d8。jg指令同理
• 存放相对位置意义：可获得更高灵活度，若存放绝对地址，分配地址可能改变；而相对位置一定不変

使用汇编语言的跳转指令实现C语言的条件分支

如上图，左边的程序可以通过上边的指令翻译成汇编指令

对上边指令的理解:

• control.c为输入的文件
• -s表示把c语言程序翻译为汇编指令
• -og是一种程序优化形式。这种形式优化程度较低，但是是在不改变程序原有结构的前提下进行优化，故而能更加清楚的看到程序语言和汇编语言间的关系。在实际应用中，-o1、-o2优化程度更高，能更大程度提高程序性能，尤其-o2已经成为当前的主流标准。但是这两种形式可能改变原有高级语言的语句结构，难以建立高级语言和汇编指令间的映射关系，故在学习中不采用
• -fno-if-conversion告诉编译器，在编译时，不要把分支语句用条件传输指令去执行，而用跳转指令执行。在早期X86处理器中，分支语句只又跳转指令表示，但后来又加入了条件传输指令，现在许多处理器用条件传输指令表示分支语句

使用条件数据传输指令实现条件分支

• 条件数据传输指令，先计算条件结果，然后根据条件结果的具体状态，来决定是否把原操作数的值赋值到目标操作数
• 和传统mov指令相似，只不过相当于在mov指令前需要判断条件，若条件不符合要求，啥都不做；符合要求，进行赋值
• 既然已经有了跳转指令，为何要引入条件数据传输指令：跳转指令存在性能问题。处理器体系结构中有流水线技术，可实现对于指令执行的加速。但流水线须执行对指令的预先读取，预读的通常策略是顺序取址。若遇到跳转指令，无法事先判断是否进行跳转，导致跳转指令对流水线指令的预取有破坏意义。尽管流水线做了大量工作来避免破坏性（如分支预测），但无论如何弥补，都可能导致程序性能下降。而条件数据传输指令会预先将条件计算出来，然后判断是否进行赋值（即赋值指令是否执行），从而避免了对流水线的破坏。尽管增加了计算量，但对流水线性能优化要高于计算性能的代价

结合实例

指令就是跳转指令去掉-fno-if-conversion

条件数据传输指令过程：

把一种情况的结果（x-y）先计算出来，放到rax寄存器；另一种同样计算出来，放到rdx寄存器；然后比较x与y大小

比较大小时用到cmov指令组，与set指令组类似。如cmovle是在小于等于的情况下，将rdx赋值给rax；大于则保持原状。

条件数据传输指令可对性能进行很好的优化，但不是所有条件数据分支都可用条件语句表达，如下图

分支语句块中包含非常重的计算，导致计算开销远大于对流水线性能的优化

具有一些临界风险情况。如取p指针指向地址的值的操作，必须在p不为0前提下进行。而条件数据传输指令会先将两个结果计算出来，再做取舍。此时若p指针不存在，会报错

计算中可能出现副作用，即使用变量互相间有关联。两种结果均会对x进行更新，若使用条件数据传输指令先计算结果的话，会使x值变化，与原逻辑不符

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