控制指令#

程序指令可以一条接着一条顺序执行，也可以通过条件测试改变执行的顺序。在 x86-64 汇编中，执行顺序的控制有两种实现方式：无条件跳转和有条件跳转。

认识硬件：程序计数器#

程序计数器（program counter），通常简称 PC 寄存器，在 x86-64 汇编中使用 %rip 表示。

在计算机中，这是一个特别用途的寄存器，用于记录下一条即将执行的指令的内存地址。一旦处理器完成了当前指令的执行，PC 寄存器就会将保存的指令地址交给处理器继续执行，同时更新为下一条指令的地址。默认情况下，PC 寄存器会更新到紧接着的下一条指令，类似 i++ 的操作。

既然 PC 寄存器记录了 CPU 接下来处理的指令，那么如果有方法可以修改 PC 寄存器的值，我们就能够改变 CPU 执行的指令顺序。

在 x86-64 汇编中，通过跳转指令可以改变机器指令执行的顺序，使程序切换到一个全新的位置。

无条件跳转#

无条件跳转指令 jmp 可以直接进行跳转，跳转目的地常用 target 或指令地址指定；也可以间接跳转，跳转目的地通过寄存器或内存位置读取。

指令	条件	说明
`jmp Label`	1	Direct jump
`jmp *Operand`	1	Indirect jump

如下汇编示例中，当执行到指令 jmp .L1 处，程序会跳过 movq 指令，而从 .L1 标记的 popq 开始执行。

	movq $0,%rax
	jmp .L1             # 跳转到 .L1
	movq (%rax),%rdx    # 跳过
.L1:
	popq %rdx           # 跳转目标

常见的写法还有如下几种：

jmp 404f8 <loop+0xb>  # 跳转目标为 0x404f8
jmp *%rax             # 跳转目标为 %rax 的值
jmp *(%rax)           # %rax 的值定义了内存位置，跳转目标为内存的值

认识硬件：状态寄存器#

在 C 中，有 if、else、while 等控制语句，这些语句会根据条件的真假来确定执行的语句块。

在 x86-64 汇编中，也提供了类似跳转指令，可以根据条件状态来确定跳转的目标。汇编层面的条件判断需要硬件来支持，这类硬件称为状态寄存器（condition code），其状态反映了最近的算术或逻辑操作的属性。

常见的条件码有如下几种：

CF（Carry flag）最近的操作发生了溢出（无符号整型）
ZF（Zero flag）最近的操作生成了 0 值
SF（Sign flag）最近的操作生成了负值（有符号整型）
OF（Overflow flag）最近的操作发生了溢出（有符号整型）

比较和测试#

cmp 指令和 sub 指令行为类似，test 指令和 and 指令行为类似。这两个指令都不保存结果，仅影响条件码。

指令	基于	说明
`cmp S1, S2`	`S2 - S1`	Compare
`test S1, S2`	`S1 & S2`	Test

test 指令可以利用前面介绍的位运算，实现一些典型的用途：

判断正负：两个操作数一致，可以检查该操作数是正数还是负数
判断位模式：其中一个操作数使用掩码，可以测试某些位的状态

根据字节长度的变体形式，和 mov 指令相同，例如 cmpq 表示 8 字节，testl 表示 4 字节。

条件跳转#

条件跳转指令会根据条件码的某种状态或组合，决定是否跳转到标签所指的位置。以 je 指令为例，即“当相等时跳转”，当 a == b 时，得到 t = 0，此时 ZF 置 1 就表示相等。

指令	同类指令	条件	说明
`je target`	`jz`	`ZF`	Equal / zero
`jne target`	`jnz`	`~ZF`	Not equal / not zero
`js target`		`SF`	Negative
`jns target`		`~SF`	Nonnegative
`jg target`	`jnle`	`~(SF ^ OF) & ~ZF`	Greater (signed >)
`jge target`	`jnl`	`~(SF ^ OF)`	Greater or equal (signed >=)
`jl target`	`jnge`	`SF ^ OF`	Less (signed <)
`jle target`	`jng`	`(SF ^ OF) \| ZF`	Less or equal (signed <=)
`ja target`	`jnbe`	`~CF & ~ZF`	Above (unsigned >)
`jae target`	`jnb`	`~CF`	Above or equal (unsigned >=)
`jb target`	`jnae`	`CF`	Below (unsigned <)
`jbe target`	`jna`	`CF \| ZF`	Below or equal (unsigned <=)

在汇编层面，通常需要两条指令配合才能决定执行的位置，常见的模式如下：

一条指令设置条件状态，例如 cmp S1, S2
一条指令基于条件跳转，例如 je [target]

cmp $2, %edi
jg [target]

cmp $1, %edi
jle [target]

小节

对于大多数算术运算，不管是有符号还是无符号，在位级别的处理上完全一致。也就是说，机器代码不会将数据值和数据类型进行关联。
少数计算，例如逻辑右移和算术右移，会提供不同的指令分别处理有符号和无符号数值。
可以发现，跳转指令处理有符号和无符号是通过 SF ^ OF 和 CF 的几种组合决定。

设置字节#

设置指令可以根据条件码的某种组合，将一个字节设置为 0 或 1。

其变种的名称/跳转条件和条件跳转指令一致
操作数 D 可以是单字节寄存器，也可以是单字节内存地址

当操作数为寄存器时，不会影响其他字节。但通常情况，该指令会搭配 movzbl 指令进行零扩展操作，所以这种情况下，高字节会被设置为零。

指令	同类指令	效果	说明
`sete D`	`setz`	`D ← ZF`	Equal / zero
`setne D`	`setnz`	`D ← ~ZF`	Not equal / not zero
`sets D`		`D ← SF`	Negative
`setns D`		`D ← ~SF`	Nonnegative
`setg D`	`setnle`	`D ← ~(SF ^ OF) & ~ZF`	Greater (signed >)
`setge D`	`setnl`	`D ← ~(SF ^ OF)`	Greater or equal (signed >=)
`setl D`	`setnge`	`D ← SF ^ OF`	Less (signed <)
`setle D`	`setng`	`D ← (SF ^ OF) \| ZF`	Less or equal (signed <=)
`seta D`	`setnbe`	`D ← ~CF & ~ZF`	Above (unsigned >)
`setae D`	`setnb`	`D ← ~CF`	Above or equal (unsigned >=)
`setb D`	`setnae`	`D ← CF`	Below (unsigned <)
`setbe D`	`setna`	`D ← CF \| ZF`	Below or equal (unsigned <=)

条件数据移动#

cmov 指令可以根据条件码状态，有选择地将源 \(S\) 中的数据移动到目的地 \(R\) 中。

根据条件状态，寄存器 \(D\) 要么改变，要么保持不变
这里的 \(S\) 可以是内存地址或寄存器，而 \(D\) 只能是寄存器
对于一些简单的条件判断表达式，执行效率相比较跳转指令更快

指令	同类指令	条件	说明
`cmove S, R`	`cmovz`	`ZF`	Equal / zero
`cmovne S, R`	`cmovnz`	`~ZF`	Not equal / not zero
`cmovs S, R`		`SF`	Negative
`cmovns S, R`		`~SF`	Nonnegative
`cmovg S, R`	`cmovnle`	`~(SF ^ OF) & ~ZF`	Greater (signed >)
`cmovge S, R`	`cmovnl`	`~(SF ^ OF)`	Greater or equal (signed >=)
`cmovl S, R`	`cmovnge`	`SF ^ OF`	Less (signed <)
`cmovle S, R`	`cmovng`	`(SF ^ OF) \| ZF`	Less or equal (signed <=)
`cmova S, R`	`cmovnbe`	`~CF & ~ZF`	Above (unsigned >)
`cmovae S, R`	`cmovnb`	`~CF`	Above or equal (unsigned >=)
`cmovb S, R`	`cmovnae`	`CF`	Below (unsigned <)
`cmovbe S, R`	`cmovna`	`CF \| ZF`	Below or equal (unsigned <=)

现代处理器采用分支预测进行条件跳转，以保证流水线包含连续指令。但实际上，现代处理器的预测率只能达到 50%，一旦预测失败，就会浪费大约 15 到 30 个时钟周期。

对于一些较为简单的条件表达式，例如 expr ? then : else，可以使用条件数据移动指令，替代条件跳转指令，以避免预测失败造成严重的性能下降。

状态寄存器的读写

设置条件码：除了 leaq 外，大部分算术逻辑操作都会影响条件码的状态，一些特殊的规则如下：

逻辑操作，CF 和 OF 都会置 0
移位操作，CF 设置为最后一个被移出的位，OF 置 0
inc 和 dec 操作，ZF 和 OF 都会置 1，CF 保持不变

还有两类指令只改变条件码，不改变任何其他寄存器。例如，cmp 和 sub 行为类似，test 和 and 行为类似，区别是 cmp/test 只设置条件码，而 sub/and 会将结果写回目的寄存器。

访问条件码：条件码通常不会直接读取，常用的方法有三种：

根据条件码的某种组合，将一个字节设置为 0 或 1，例如 set 指令
根据条件码状态，跳转到程序的某个其他部分，例如 je 指令
有条件地传送数据，例如 cmov 指令