Skip to content

位运算

汇编语言中的位运算指令非常丰富，它们直接在二进制位上进行操作，效率极高。在 x86 架构中，位运算指令主要可以分为以下五大类：

一、 逻辑运算指令 (Logical Instructions)

这类指令类似于高级语言中的 &, |, ^, ~ 运算符，按位执行布尔逻辑。

  1. AND (按位与)：
    • 作用：只有两个对应位都为 1 时，结果才为 1。
    • 常见用途：掩码操作（清空特定位）。例如 and al, 0x0F 会保留低4位，清空高4位。
    • 标志位：清空 CF 和 OF，根据结果设置 ZF、SF、PF。
  2. OR (按位或)：
    • 作用：只要对应位中有一个为 1，结果就为 1。
    • 常见用途：设置特定位。例如 or al, 0x80 会强制将最高位设为 1。
  3. XOR (按位异或)：
    • 作用：对应位不同则为 1，相同则为 0。
    • 常见用途：取反特定位或寄存器清零。xor rax, rax 比 mov rax, 0 更快且指令更短。
  4. NOT (按位取反)：
    • 作用：0 变 1，1 变 0（一元操作）。
    • 注意：不影响任何标志位。
  5. TEST (逻辑比较)：
    • 作用：执行 AND 运算，但不保存结果，只更新标志位。
    • 常见用途：检查某一位是否为 1。例如 test al, 1 可以检查 AL 是否为奇数。

二、 移位指令 (Shift Instructions)

移位指令会将位向左或向右移动，空出的位置补 0 或补符号位。

  1. SHL / SAL (逻辑左移/算术左移)：
    • 动作：所有位左移，最低位补 0，移出的最高位进入 CF。
    • 用途：快速计算 乘以 2 的 n 次方。
  2. SHR (逻辑右移)：
    • 动作：所有位右移，最高位补 0，最低位进入 CF。
    • 用途：快速计算 无符号除以 2 的 n 次方。
  3. SAR (算术右移)：
    • 动作：所有位右移，最高位补 原来的符号位（保持正负号不变）。
    • 用途：快速计算 有符号除以 2 的 n 次方。

三、 循环移位指令 (Rotate Instructions)

移出的位不会丢弃，而是绕回到另一端重新进入。

  1. ROL (左循环移位)：最高位移出后，进入 CF 的同时回到最低位。
  2. ROR (右循环移位)：最低位移出后，进入 CF 的同时回到最高位。
  3. RCL (带进位左循环移位)：将 CF 也看作数据的一部分参与循环。
  4. RCR (带进位右循环移位)：同上，右向循环。

四、 位测试与修改指令 (Bit Test & Modify)

这类指令允许你直接操作指定的某一个二进制位（通过索引）。

  1. BT (Bit Test)：把指定的第 \(n\) 位复制到 CF 标志位。
  2. BTS (Bit Test and Set)：把第 \(n\) 位存入 CF，然后将该位置 1。
  3. BTR (Bit Test and Reset)：把第 \(n\) 位存入 CF，然后将该位置 0。
  4. BTC (Bit Test and Complement)：把第 \(n\) 位存入 CF，然后将该位 翻转 (0\(\leftrightarrow\)1)。

五、 位扫描指令 (Bit Scan)

用于寻找寄存器中第一个出现的 "1"。

  1. BSF (Bit Scan Forward)：从低位向高位扫描，返回第一个 1 的索引。
  2. BSR (Bit Scan Reverse)：从高位向低位扫描，返回第一个 1 的索引。
    • 如果源操作数为 0，则 ZF 被设为 1。

六、 高级位操作指令 (BMI1 / BMI2 扩展)

现代 CPU (Intel Haswell / AMD Piledriver 以后) 增加了一些更强大的指令： * POPCNT：计算一个数字里总共有多少个 "1"（Hamming weight）。 * LZCNT：计算开头有多少个连续的 "0"。 * TZCNT：计算末尾有多少个连续的 "0"。

总结表格

操作类型 指令 核心特点
逻辑 AND, OR, XOR, NOT 处理位遮罩、反转、清零
移位 SHL, SHR, SAR 用于 2 的幂次乘除法运算
循环 ROL, ROR, RCL, RCR 数据重组、加密算法常用
单位 BT, BTS, BTR, BTC 精确控制某一个比特位
扫描 BSF, BSR, POPCNT 查找 1 的位置或统计数量

学习建议：位运算最常配合 TEST 和 Jcc 指令使用。比如你想判断 RAX 的第 3 位是否为 1，通常写成： 

test rax, 8    ; 8 的二进制是 1000 (第3位是1，从0开始数)
jnz bit_is_set ; 如果结果不为0，说明第3位是1
你想试着写一个程序来判断一个数是偶数还是奇数吗？用 TEST 指令非常简单。